Архив Галактики

Основы работы в 3D редакторе FreeCad. Часть 3

Леонид Захаров's blog / 19.04.2016

FreeCad — достаточно мощный редактор, позволяет работать профессионально, начиная моделирование с эскизов, как и, например, в Компасе, но поскольку у читателей возник некоторый интерес к использованию простых приемов моделирования в редакторе, продолжим пользоваться упрощенными методами. В этой статье рассмотрим, как легко можно нарисовать зубчатую передачу, для чего воспользуемся советом Владимира (3DLab) и установим плагин FCGear. В своем блоге, во второй половине статьи на сайте 3dtoday.ru, он описывает, как это сделать, поэтому на установке останавливаться не будем.
Для примера выберем, как всегда, вполне практическую задачу, изготовим колесо для робота. Проблема использования китайских моторов для робота в том, что они достаточно быстроходны для использования с программным обеспечением Скретчдуино, поэтому немного уменьшить скорость не помешает. По совету Григорьева А.Т. (p&t) сразу предусмотрим возможность установки энкодера, который планируется сконструировать на основе недорогого китайского датчика TCRT5000L. Создание энкодера постараюсь описать в отдельной статье, здесь же возможность создания 3D модели зубчатого колеса и его печати на принтере.
Описывать процесс буду, опираясь на навыки, которые можно было получить, изучив предыдущие статьи:
Основы работы в 3D редакторе FreeCad. Часть 1.
Основы работы в 3D редакторе FreeCad. Часть 2.

Итак, приступим. Создадим новый проект, выберем рабочий стол Part.
Создадим «Цилиндр» (рис. 1), изменим стандартный вид на аксонометрический, выберем внизу комбо-панели вкладку данные и установим размеры цилиндра: R=26, H=16.
Зажав Ctrl, выделим ребра-окружности (рис.2) (они должны стать зелеными), выберем инструмент «Скругление», установим радиус скругления 2,5мм (рис. 3), нажмем ОК — получили объект «Fillet» (рис 4).



Выделим «Fillet», продублируем его: Ctrl C – подтвердим «да» - Ctrl V.
Откроем получившийся «Fillet 1» в комбо-панели, выделим невидимый «Цилиндр001», изменим его радиус, поставим 25мм. (рис. 5)
Продублируем «Fillet» еще раз, откроем получившийся «Fillet 2», выделим невидимый «Цилиндр002», изменим его радиус, поставим 23мм.
Создадим «Цилиндр003»: R=26, H=16, Angle=7,50.
Как видите, на самом деле получился сегмент цилиндра. (рис. 7)
Теперь скопируем «Цилиндр003» пять раз, т.е. нажмем Ctrl C, затем 5 раз Ctrl V. Получилось еще пять таких сегментов — «Цилиндр004»-«Цилиндр008». (рис.8)



Теперь начнем менять положение сегментов. Выберем «Цилиндр004», кликнем в окно значений «Placement», нажмем на появившуюся кнопку, установим угол поворота вокруг оси Z 15 градусов. Нажмем «Применить» и «ОК». (рис. 9)
Изменим положение остальных сегментов, поворачивая их вокруг оси Z: (рис. 10)
«Цилиндр005» — 30 градусов,
«Цилиндр006» — 45 градусов,
«Цилиндр007» — 60 градусов,
«Цилиндр008» — 75 градусов.
Теперь объединим получившиеся сегменты, сложив их: «Цилиндр003» + «Цилиндр004» + «Цилиндр005» + «Цилиндр006» + «Цилиндр007» + «Цилиндр008» = «Fusion» (рис. 11)
Теперь трижды продублируем «Fusion», получим «Fusion001», «Fusion002», «Fusion003».
Изменим положение этих объектов: (рис. 12)
«Fusion 1» повернем вокруг оси Z на 90 градусов
«Fusion 2» - на 180,
«Fusion 3» - на 270.



Выполним: «Fusion» + «Fusion 1» + «Fusion 2» + «Fusion 3» = «Fusion 4» (рис. 13)
Выполним: «Fillet» - «Fusion 4» = «Cut» (рис.14)
Создадим «Цилиндр027» (рис.15): R=26мм, H=10мм. Изменим положение: Z=3мм.
Теперь создадим «Пересечение» объектов «Цилиндр027» и «Fillet002», получим «Common». (рис. 16)
Выполним: «Fillet» - «Цилиндр027» = «Cut001». Для этого придется «раскрыть» «Common». (рис.17)



Как видите, дополнительных объектов создавать не нужно. Каждый объект может участвовать в нескольких булевых операциях.
Выполним:«Cut» + «Cut001» = «Fusion005»,
«Fusion005» - «Common» = «Cut002» (рис. 18)



Теперь выберем рабочий стол «Gear» и создадим шестерню ( «InvoluteGear» ) (рис. 19), изменим ее параметры:
высоту height=6мм,
количество зубьев teeth=46,
изменим ее положение: Z=16мм (рис. 20)



Переключим рабочий стол снова на «Part».
Создадим «Цилиндр028»:
размеры: R=20мм, H=10мм,
положение: Z=13мм (рис.21)
Выполним: «Cut002» + «InvoluteGear» = «Fusion006» (рис. 22)



Выполним: «Fusion006» - «Цилиндр028» = «Cut003» (рис. 23). Нужно отметить, что чем сложнее становится деталь, тем дольше компьютер обрабатывает операции.



Теперь смоделируем ступицу.
Создадим «Цилиндр029»: R=8мм, H=24мм.
Создадим «Цилиндр030»: R=3,6мм, H=24мм.
Создадим «Цилиндр031»: R=4,6мм, H=18мм, положение: Z=3мм (рис. 24)
Выполним: «Цилиндр030» + «Цилиндр031» = «Fusion007»
Выполним: «Цилиндр029» + «Cut003» = «Fusion008»
Выполним: «Fusion008» - «Fusion007» = «Cut004» (рис. 25)



Позаботимся заранее о печати детали. Для того, чтобы не печатать поддержек внутри колеса, нужно избавиться от нависающих частей.
Создадим «Конус»: R1=23мм, R2=19мм, H=6мм, положение Z=13мм.
Создадим «Цилиндр032»: R=15мм, H=10мм, положение: Z=10мм
Выполним: «Конус» - «Цилиндр032» = «Cut005»
Выполним: «Cut004» - «Cut005» = «Cut006».(рис. 26)



Теперь для уменьшения расхода пластика и придания колесу законченного вида сделаем ему спицы.
Создадим «Цилиндр033»: R=20мм, H=4мм, Angle=30 градусов.
Продублируем 5 раз, получим «Цилиндры» с 034 по 038.
Изменим положение, повернув их вокруг оси Z: (рис.27)
«Цилиндр034» на 60 градусов,
«Цилиндр035» на 120 градусов,
«Цилиндр036» на 180 градусов,
«Цилиндр037» на 240 градусов,
«Цилиндр038» на 300 градусов.
Выполним: «Цилиндр033» + «Цилиндр034» + «Цилиндр035» + «Цилиндр036» + «Цилиндр037» + «Цилиндр038» = «Fusion009»
Создадим «Цилиндр039»: R=9мм, H=4мм
Выполним: «Fusion009» - «Цилиндр039» = «Cut007»,
Выполним: «Cut006» - «Cut007» = «Cut008»
Колесо готово (рис.28).



Нарисуем для колеса ось.
Создадим новый проект.
Создадим «Цилиндр»: R=5мм, H=3мм
Создадим «Цилиндр001»: R=3,5мм, H=30мм, положение: z=3мм
Выполним: «Цилиндр» + «Цилиндр001» = «Fusion»
Создадим «Цилиндр002»: R=1,7мм, H=33мм
Создадим «Конус»: R1=3,4мм, R2=1,7мм, H=1,7мм
Выполним: «Цилиндр002» + «Конус» = «Fusion001»
Выполним: «Fusion» - «Fusion001» = «Cut»
Должна получиться ось со сквозным отверстием, зенковкой под винт и шляпкой. (рис. 29)



Теперь ведущая шестерня.
Создадим новый документ. Как видно на рисунке 30, иногда удобно, если объекты небольшие, держать их в одном проекте, просто здесь же создавая новый документ.
Сделаем ведущую шестерню, например, с передаточным числом 1/2.

Создадим шестерню «InvoluteGear»: (рабочий стол «Gear») height=5мм, teeth=23.
Переключимся на рабочий стол «Part».
Создадим «Цилиндр»: R=4,5мм, H=10мм.
Создадим «Цилиндр001»: R=2,9мм, H=8,2мм, Z=1,8мм.
Создадим «Куб»: L=10мм, W=2мм, H=10мм, X=-5мм, Z=2мм.
Продублируем «Куб» и изменим положение «Куб001»: Y=-4мм (рис.30).
Выполним: «Куб» + «Куб001» = «Fusion».
Выполним: «Цилиндр001» - «Fusion» = «Cut» (рис. 31).
Выполним: «Цилиндр» + «InvoluteGear» = «Fusion001».
Выполним: «Fusion001» - «Fusion» = «Cut001» (рис. 32).
Создадим «Конус»: R1=2,8мм, R2=1,4мм, H=1,4мм.
Создадим «Цилиндр002», R=1,4мм, H=1,8мм.
Выполним: «Конус» + «Цилиндр002» = «Fusion002».
Выполним: «Cut» - «Fusion002» = «Cut002» (рис. 33).



Нарисуем временное крепление колеса, для испытаний. Создадим новый документ.
Создадим «Куб»: L=10мм, W=20мм, H=23мм.
Создадим «Цилиндр»: R=5,6мм, H=2мм, поворот вокруг Y на 90 градусов, X=10мм, Y=10мм, Z=11,5мм
Продублируем «Цилиндр»
Изменим «Цилиндр001»: R=3,6мм, H=5мм, X=7мм (рис. 34)
Продублируем «Цилиндр» еще раз
Изменим «Цилиндр002»: R=1,7мм, H=12мм, X=0мм.
Создадим «Призму» (В верхнем меню «Деталь — Создать примитивы — выбираем из раскрывающегося списка «Призма»), устанавливаем значения как на рисунке. (рис.35)
Изменим положение «Призмы»: поворот вокруг Y на 90 градусов, Y=10мм, Z=11,5мм.
Создадим «Цилиндр003»: R=1,7мм, H=12мм, X=5мм, Y=3мм.
Продублируем «Цилиндр003» и изменим положение «Цилиндр004»: Y=17мм.
Выполним: «Цилиндр001» + «Цилиндр002» + «Цилиндр003» + «Цилиндр004» + «Призма» = «Fusion».
Выполним: «Цилиндр001» + «Куб» =«Fusion001».
Выполним: «Fusion001» - «Fusion» = «Cut» (рис. 36,37)



Нарисовав детали и напечатав (рис 38,39), сразу хочется проверить работу зубчатой передачи.



Для эксперимента было изготовлено временное крепление мотора и платформа. Поскольку это детали простые, к тому же точно в дальнейшем не пригодятся, то рассматривать их проектирование здесь не будем. Единственное, о чем можно упомянуть, что под крепление колеса в платформе предусмотрим отверстия, а под крепление мотора - прорези. Прорези нужны для регулировки зазора в зубчатой передаче. Такой же прием предполагается использовать и при проектировании робота.
На колесо наденем термоусадочную черную трубку большого диаметра. Она должна решать две задачи: способствовать лучшему сцеплению колеса с поверхностью и служить полосками черного цвета для энкодера.
При испытании оказалось, что зубчатая передача вполне работоспособна, что приятно. Видео прилагается.. Хочется также отметить, что узел собран совсем без обработки и шлифовки, а также без смазки, поэтому работает немного шумно, хотя... шумит не больше, чем китайский редуктор

Испытания энкодера для этого колеса проведу позже. Если получится приемлемый результат, опишу в следующей статье.