Конструктор шестеренок kaleidogiro box 3d

Обновлено: 13.05.2024

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Вопрос о моделировании шестерней поднимался неоднократно, но решения либо подразумевали использование серьезных платных программ, либо были слишком упрощенными и им не хватало инженерной строгости.

В этой статье я постараюсь с одной стороны, дать сухую мэйкерскую инструкцию, как смоделировать шестерню по нескольким легко измеряемым параметрам, с другой, не обойду и теорию.

В качестве примера возьмем шестерню от дроссельной заслонки автомобиля:

Это классическая цилиндрическая прямозубая шестерня с эвольвентным зацеплением (точнее, это две таких шестерни).

Принцип эвольвентного зацепления:

Для нас важно, что подавляющее большинство встречающихся в быту шестерней имеют именно эвольвентное зацепление.

Для изучения параметров шестерней воспользуемся программой с остроумным названием Gearotic. Мощнейшая узкоспециализированная программа для моделирования и анимирования всевозможных шестерней и передач.

Бесплатная версия не дает экспортировать сгенерированные шестерни, но нам и не надо. Непосредственно моделировать будем позже.

Итак, запускаем Gearotic

Первые два столбца Wheel и Pinion

Wheel - это будет наша шестерня, а Pinion - ответная часть, которая нас в данном случае не интересует.

Teeth - количество зубьев

Mods - модификаторы формы зуба. Самый простой способ понять, что они делают - поварьировать их. Не все параметры применяются автоматически. После изменения нужно нажимать кнопку ReGen. В нашем случае (как и в большинстве других) оставляем эти значения по умолчанию.

Галка Planetary - выворачивает шестерню зубьями внутрь (коронная шестерня).

Галка Rght Hnd (Right Hand) - меняет направление скоса у косозубых шестерней.

Блок Size Params

DP (Diametral Pitch) - число зубьев, деленное на диаметр делительной окружности (pitch diameter)

Неинтересный для нас параметр, т.к. измерять диаметр делительной окружности неудобно.

Module (модуль) - важнейший для нас параметр. Вычисляется по формуле M=D/(n+2), где D - внешний диаметр шестерни (легко измеряемый штангенциркулем), n - число зубьев.

Pressure Angle (угол профиля) - острый угол между касательной к профилю в данной точке и радиусом - вектором, проведенным в данную точку из центра колеса.

Существуют типичные значения этого угла: 14.5 и 20 градусов. 14.5 используется гораздо реже и в основном на очень маленьких шестернях, которые на FDM-принтере всё равно отпечатаются с большой погрешностью, так что на практике можно смело ставить 20 градусов.

Rack Fillet - сглаживание основания зуба. Оставляем 0.

Блок Tooth Form

Оставляем Involute - эвольвентное зацепление. Epicylcoidal - циклоидное зацепление, используемое в точном приборостроении, например, в часовых механизмах.

Face Width - толщина шестерни.

Spur - наша прямозубая шестерня.

Helical - косозубая шестерня:

Вернемся к нашей шестерне.

Большое колесо имеет 47 зубьев, внешний диаметр 44.6 мм, диаметр отверстия 5 мм, толщину 6 мм.

Модуль будет равен 44.6(47+2)=0.91 (округлим до второго знака).

Вносим эти данные:

Слева расположена таблица параметров. Смотрим Outside Diam (внешний диаметр) 44.59 мм. Т.е. вполне в пределах погрешности измерения штангенциркуля.

Таким образом мы получили профиль нашей шестерни, выполнив всего одно простое измерение и посчитав количество зубьев.

Укажем толщину (Face Width) и диаметр отверстия (Shaft Dia в верхней части экрана). Жмем Add Wheel to Proj для получения 3d-визуализации:

Увы, бесплатная версия не дает экспортировать результат, поэтому придется задействовать другие инструменты.

Устанавливаем FreeCAD Кто не владеет Фрикадом - не волнуйтесь, глубоких знаний не потребуется. Скачиваем плагин FCGear.

Находим папку, куда установился Фрикад. В папке Mod создаем папку gear и помещаем в нее содержимое архива.

После запуска Фрикад в выпадающем списке должен появиться пункт gear:

Выбираем его, затем Файл - Создать

Нажимаем на иконку involute gear вверху экрана, затем выделяем появившуюся шестерню в дереве слева и переходим на вкладку 'Данные' в самом низу:

В этой таблице параметров

teeth - количество зубьев

height - толщина (или высота)

alpha - угол профиля

backlash - значение угла для косозубых шестерней (мы оставляем 0)

Остальные параметры являются модификаторами и, как правило, не используются.

Вносим наши значения:

Добавим еще одну шестерню.

Укажем высоту 18 мм (общая высота нашей исходной шестерни), количество зубьев - 10, модуль 1.2083 (диаметр 14.5 мм)

Осталось сделать отверстие. Перейдем на вкладку Part и выберем Создать цилиндр. В Данных укажем радиус 2.5 мм и высоту 20 мм

Удерживая клавишу Ctrl выделим в дереве шестерни и нажмем Создать объединение нескольких фигур на панели инструментов.

Затем, опять же удерживая Ctrl, выделим сначала получившуюся единую шестерню, а затем цилиндр и нажмем Выполнить обрезку двух фигур

Далее выделяем результат, Файл - Экспортировать. сохраняем в stl. Шестерня готова.

P.S. Хотел еще немного поговорить об экзотических случаях, но статья получилась большой, так что наверное, в другой раз.

Подпишитесь на автора

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Когда я писал статью про моделирование шестеренок, то спросил today-сообщество: какие известны программы для проектирования эвольвентного профиля? Как ни странно, среди названных программ не был назван FreeCAD. А между тем, эта программа позволяет быстро и точно создать контур любой не корригированной шестерни! В этой статье я хочу рассказать, как за несколько секунд можно построить коническую шестерню в программе FreeCAD.

Прежде чем строить коническую шестерню, разберемся с обычной, цилиндрической прямозубой. Она во FreeCAD строится в несколько движений пальцем :) : 2 клика и 2 enter-a, если не менять параметров.

Построение прямозубой цилиндрической шестерни

Запускаем FreeCAD. Выбираем: «Проектирование деталей»

В этом модуле есть команда: «Involute Gear». Я выставил ее на панель управления отдельной кнопкой. Можно не выставлять:

Думаю, что хорошему «геймеру» понадобится меньше секунды, чтобы построить цилиндрическую прямозубую шестерню во FreeCAD. Попробуйте, сколько времени это займет у вас. :) Далее, немного о точности построения. Раздел для скептиков. Как известно, обсуждая построение шестеренок возникает вопрос: «На сколько та, или иная программа точна в построении.» Те, кто не сомневаются в точности FreeCAD, могут не читать.

Точность построения эвольвентного профиля во FreeCAD

Методику построения эвольвентного зуба я уже описывал. Поэтому я взял свою ранее построенную шестерню и сравнил ее с той, которую построил FreeCAD:

Малиновая шестерня – моя, синяя – FreeCAD. Основное расхождение – участок у основания зуба. Когда диаметр основной окружности больше диаметра окружности впадин, эвольвента заканчивается на основной окружности, участок зуба у основания рекомендуется строить дугой того же радиуса, что и основная окружность. Кроме того, я не строил положенного радиуса у основания зуба. FreeCAD более грамотно оформил основание зуба. Что касается участка эвольвенты, который я построил, сравним его с аналогичным участком, построенным FreeCAD:

Результат говорит о высокой точности построения эвольвентного профиля во FreeCAD! Я строил свой профиль в AutoCAD по точкам с малым шагом, переконвертировал в CATIA, где построил шестеренку. Погрешность в 0,001-0,003 мм – это программная точность (точность интерполяции). Думаю, программисты FreeCAD использовали точные формулы построения эвольвенты, иначе контуры никогда не совпали, погрешность была бы больше.

Построение конической шестерни

Для чего нужны конические шестерни? Может кому-нибудь понадобится для новой компоновки 3D принтера: если ось моторчика нужно будет под углом поставить? Или захочется создать игрушечный автомобиль на «резиновом» двигателе, как в авиамоделизме, но чтобы привод шел от продольной оси на колеса. Если кто захочет спроектировать межколесный дифференциал, то тоже можно. Но там возникает проблема с большим передаточным отношением, о которой я расскажу ниже…

Начну сразу же с построения. Теория будет в конце. Обычно, западные разработчики Help-ов пишут сначала «Getting Started» (приступая к работе), где в стиле: «делай раз!», «делай два!», «делай три!» объясняют, как сразу получить результат. Я поступлю так же.

В интернете есть ролики, как построить коническую шестерню во FreeCAD. Но там не показано, как построить пару шестерен, которая сможет взаимодействовать друг с другом. Угол наклона не может быть любым, а должен быть определенным, в зависимости от угла между валами и передаточным отношением.

Мы будем строить шестеренку с количеством зубьев 20, которая предназначена для передачи вращения под углом в 90 градусов и передаточным отношением 1:1, т.е. она сможет находится в зацеплении только с такой же шестеренкой.

Строим два контура. Первый с параметрами: «Количество зубов» :) - 20, модуль – 3. Второй с тем же количеством зубьев, но модуль -2.

Теперь нам нужно покинуть Part Design, чтобы перейти в Part. Не знаю, стоило ли разделять Part и Part Design в разные модули, ну разработчикам виднее :) .

«Кликаем» в нее, попадаем в поле программы, где нам надо оба сечения перекинуть из левого поля в правое с помощью синей стрелки. Не забудьте поставить галочку «Создать твердое тело».

На этом, интернетовский ролик заканчивается. Кто видел конические шестерни, знает, что они выглядят несколько иначе. :) Скажем так, не хватает отверстия по центру, а некоторый материал – лишний. Пока мы не перешли к «финишной доводке» :) , обратите внимание: шестеренка строится не намного дольше цилиндрической прямозубой и без участия плагинов, аддонов, подпрограмм и т.п. Конечно, даже опытному «геймеру» понадобится не менее нескольких секунд, чтобы построить такую шестерню :) ! Обязательно попробуйте, сколько времени это займет у вас.

Доработка «под ключ»

Возвращаемся в Part Design. Команда «Эскиз»:

Теперь, наложив на него разные ограничения с помощью специального набора значков (красного цвета) получим:

Как это сделать наилучшим образом, пусть каждый решает сам. Может участники портала 3DToday, кто пользуются FreeCAD-ом давно, подскажут хороший совет?

Выйдя из скетча, выбираем построение тела вращения:

FreeCAD анонсировал выход модуля сборки, но пока его нет. Пришлось собрать в Кате и проверить на вращение. Все крутится без заеданий!

Немного теории

Как спроектировать шестерни с другим передаточным отношением? Или (и) с другим углом между валами?

На рисунке индекс 1 относится к первой шестерне, индекс 2 – ко второй. f – впадины зуба, а – вершины зуба, если нет индекса f и нет индекса – а, значит это относится к делительной окружности. Индексом н (нижний) я обозначил размеры со стороны основания конуса, индексом в (верхний) обозначил размеры со стороны вершины конуса.

Порядок расчета параметров:

Определяем диаметры делительных окружностей «низа» и «верха» первой шестерни. d н1= mниза х z1. Любые из этих двух параметров выбираем исходя из компоновки и необходимого передаточного отношения. Например: m=3, z1=20, тогда d н1= 3х20= 60. Теперь нам нужно узнать угол первого конуса ф1. Он считается по формуле:

tg ф1= z1:z2, если угол d = 90 градусов (валы перпендикулярны).

Если валы не перпендикулярны, то формула другая:

tg ф1 = (z1*sin(d))/ (z2+z1*cos(d))

Узнав угол делительного конуса, мы можем рассчитать модуль «верха» шестерни графически или аналитически. Графически проще. Определившись с первой шестерней, несложно определить параметры второй.

Если z1=20, z2=30, то при b1=10, b2=6.666, m1= от 3 до 2.333; m2= от3 до 2.333. Где b – ширина венца. Как рассчитать диаметры вершин и впадин зубьев написано в моей статье. Начертив обе шестерни в зацеплении на плоскости на виде сбоку, мы сможем определить, какой материал нужно будет убрать:

При построении конических шестерен с передаточным числом отличным от 1, возникает следующая проблема: зубья одной шестерни тем больше внедряются в зубья другой, чем больше передаточное число. Например, при z1 = 20, z2=40, u=1:2, происходит значительное внедрение:

При z1=20, z2= 30, u=2:3, внедрение умеренное, достигает 0,05 мм. На мой взгляд, такие шестерни будут вращаться за счет люфтов, в дальнейшем - приработаются.

Как доработать зуб, чтобы ликвидировать внедрение, я знаю. Лучше это делать в тех программах, где есть модуль «Кинематика», или «Сборка». Во FreeCAD-е пока это сделать сложно. Будем ждать выхода модуля сборки. Здесь я не буду описывать методику. Если будет интересно, могу оформить отдельный пост. Может быть, кто-нибудь из знатоков FreeCAD предложит свой вариант решения проблемы? Еще вопрос знатокам: FreeCAD нормально строит цилиндрические шестерни с косым зубом, если угол наклона зуба небольшой. При увеличении наклона, программа начинает путаться, какие точки верхнего контура соответствуют точкам нижнего контура. В Кате такая проблема (если возникает) решается ручным указанием двух точек. Как это решить во FreeCAD-е?

В целом программа FreeCAD оставила хорошее впечатление: полноценная CAD программа, действительно свободная (бесплатная). В интернете много обучающих роликов.

Подпишитесь на автора

Категории

Конструктор — одна из лучших развивающих игрушек для детей. Ребенок, словно творец, создает из разных элементов невиданных животных, строит небывалые замки и города, рушит и изменят их к лучшему! Чем больше деталей в….

С набором «Блочные шестеренки» фантазию малыша ничто не будет ограничивать. Из необычных разноцветных фигур ребенок построит все, что ему вздумается. Элементы легко скрепляются между собой и могут образовывать любые формы….

Винтовой конструктор Десятое королевство Конструктор металлический с подвижными деталями 02028 Вертолет

Большой набор объединил в себе разные по форме и назначению детали (81 шт.), которые при правильном соединении превращаются в живой механизм и выполняют вращения.

Очень часто, когда на 3D-принтере бывает нужно напечатать шестеренку, поиск правильной модели и подбор ее точных размеров занимает довольно много времени. Ясное дело, шестеренка должна и еще и работать.

Поэтому здесь предлагается небольшой перечень инструментов, которые серьезно помогут вам в решении этой задачи, а также небольшое руководство по этим инструментам.

Gear Generator

Gear Generator — это лучший онлайн-инструмент, если у вас действительно нет времени или вы просто не хотите самостоятельно заниматься моделированием шестеренок. На сайте предлагается анимация, и можно увидеть рендер того, как шестеренка работает в реальном времени. Анимацию можно остановить и при желании увеличить число оборотов.

Здесь вы можете задать параметры вашей шестеренки и после нажатия Enter наблюдать за процессом в реальном времени.

Другой хороший момент заключается в том, что вы можете одновременно разрабатывать и другие шестеренки, после чего экспортировать весь проект в SVG-файл, а его уже доработать в совместимой программе, например в Blender.

Thingiverse Customizer

Thingiverse знает каждый, но, к сожалению, большинство пользователей даже не подозревает о некоторых замечательных инструментах, вроде кастомайзера (Сustomizer).

Сustomizer позволяет выбрать проект и внести в него изменения в соответствии с вашими задачами. И это касается не только шестеренок, изменять можно значительную часть проектов. Давайте, однако, найдем шестеренки.

Чтобы убедиться, что проект совместим с приложением, надо посмотреть, активна ли кнопка кастомайзера, есть ли она на странице объекта. Если да, просто кликните на нее и приложение откроется.

Теперь можно на свое усмотрение изменять параметры проекта, а потом создать STL-файл.

Involute Spur Gear Builder

Involute Spur Gear Builder Позволяет делать внутреннюю шестерню и зубчатую рейку.

Inkscape

Нарисовать в Inkscape работающую шестеренку не составляет больших проблем. Если у вас нет Inkscape, на Linux достаточно просто установить соответствующий пакет из дистрибутива, а на Windows запустить автоматический установщик. Пакет и установщик можно скачать на сайте Inkscape .

Для того чтобы создавать в этой программе шестеренки, не обязательно иметь представление о векторной графике, все нужные шаги выполнит расширение под названием Gear.

Просто введите свои значения и нажмите Apply, чтобы увидеть приложение в работе.

Когда все готово, сохраните SVG, и после обработки слайсером можно приступать к экструдированию.

Blender не кусается! (Ну почти)

Да! Blender тоже все это может. Это так просто и так быстро. Прежде всего, в настройках нужно включить дополнительные сетки.

тип конструктора: динамический, возраст: от 2 лет, пол: унисекс ">Детский конструктор "Волшебные шестеренки" funny bricks(фанни брикс) 81 деталь Арт, 2801 тип конструктора: динамический, возраст: от 2 лет, пол: унисекс

Конструктор Quercetti Саксофлейта 4170 16 элементов тип конструктора: классический, возраст: от 2 лет, пол: для мальчиков

Конструктор-шестерёнки Новый год , 81 деталь тип конструктора: классический, возраст: от 15 лет, число деталей: 51 - 150

Конструктор, шестеренки фиксики, 53 детали тип конструктора: классический, возраст: от 3 лет, число деталей: 51 - 150

тип конструктора: винтовой, возраст: от 3 лет, число деталей: 151 - 250 ">Констркутор винтовой Zabiaka "Конструктики с шестеренками" 191 деталь с шуруповертом арт.5146798 тип конструктора: винтовой, возраст: от 3 лет, число деталей: 151 - 250

Конструктор Quercetti Воздушные горки 6665 410 элементов тип конструктора: динамический, возраст: от 8 лет, пол: для мальчиков

Конструктор BONDIBON На шестеренках ВВ3297 Чудесный сад тип конструктора: классический, возраст: от 4 лет, пол: для мальчиков

Конструктор Quercetti Gears 2341 Kaleido тип конструктора: классический, серия: Gears, возраст: от 3 лет

Конструктор-шестеренки с декорациями фиксики, 81 деталь тип конструктора: классический, возраст: от 3 лет, число деталей: 51 - 150

Конструктор Quercetti Воздушные горки, 6661 тип конструктора: динамический, возраст: от 7 лет, пол: для мальчиков

Конструктор развивающий/ Шестеренки/ Строитель/ Детская развивающая игрушка возраст: от 3 лет, пол: унисекс, число деталей: 51 - 150

Конструктор Quercetti Джеорелло 2338 Парк тип конструктора: классический, возраст: от 4 лет, пол: для мальчиков

Конструктор серпантин 92 элемента Quercetti тип конструктора: классический, число деталей: 51 - 150, материал: пластик

Конструктор Quercetti Migoga Elevator 6576 тип конструктора: динамический, возраст: от 5 лет, пол: унисекс

тип конструктора: классический, возраст: от 9 лет, число деталей: 51 - 150 ">Конструктор "Забавные шестерёнки", работает от батареек, 81 деталь тип конструктора: классический, возраст: от 9 лет, число деталей: 51 - 150

тип конструктора: классический, возраст: от 10 лет, число деталей: 51 - 150 ">Конструктор "Забавные шестерёнки", работает от батареек, 53 детали тип конструктора: классический, возраст: от 10 лет, число деталей: 51 - 150

Читайте также: