用FreeCAD Gear建立蝸桿蝸輪

前文[開外掛Part 2：用FCGear畫進階齒輪]教大家用FreeCAD的Gear工作平台建立各式各樣的齒輪。但美中不足的是，Gear能幫你建立蝸桿(worm screw)，卻獨缺蝸輪(worm wheel)。果真如此嗎？其實是阿伯錯怪它了。Gear可以畫蝸輪，只是你得出手幫它一把。

本篇阿伯重點放在繪圖上，所以直接以市售標準蝸桿蝸輪的規格為範例。尺寸數值參考齒輪大廠KHK的型錄如下表：

首先請參考[開外掛Part 2：用FCGear畫進階齒輪]所述，依照上圖的蝸桿參數建立蝸桿。未指定修改的參數請維持預設值，參數設定如下圖：

為了貼近中國市場，廠商中文型錄使用大陸用語也是無可厚非。在此頭數2台灣是指雙線，與螺紋的雙線相同意思。而FreeCAD則把螺紋線數視同蝸桿的齒數teeth，teeth = 2代表雙線，teeth = 1代表單線。

而分度圓直徑台灣則稱節圓直徑，也就是FreeCAD的diameter參數。你可以在reverse_pitch設定螺旋方向，預設值false代表右旋，也就是型錄上的R，改成true就會變成左旋。

蝸桿的螺旋角beta會依照teeth、模數module、diameter的數值自動算出，使用者無需設定。設定完成後請存檔，蝸桿部分就搞定囉。

接下來才是重頭戲：蝸輪。

蝸輪其實是螺旋齒輪的一種變形。你可以先建立漸開線齒輪(Involute gear)，然後調整參數，再用part design工作平台修整外觀即可完成真正的蝸輪，不只是好看而已喔。

首先同樣參考[開外掛Part 2：用FCGear畫進階齒輪]，依照蝸輪參數建立一螺旋齒輪。參數設定如下圖：

首先，蝸輪型錄上螺旋角數值是11度19分，一度等於60分，所以在beta輸入11 + (19 / 60) = 11.32度。若蝸桿是左旋，則beta輸入負值即可。輸入螺旋角、齒寬、模數、齒數後，你會發現齒輪外徑da、根徑df、分度圓(節圓)直徑dw都自動產生了。但型錄上蝸輪外徑D’是92 mm，跟自動產生的da = 88 mm不一樣耶，怎麼辦？

這時就得調整平移shift這個參數囉。把shift的數值改成0.5，你會發現外徑da的數值變成92，符合型錄要求的尺寸囉。如下圖：

至於shift參數要調多少才會符合你要的尺寸？這要視你輸入的尺寸參數而定，你可能需要多試幾次，直到符合的尺寸出現為止。

接下來請參考[開外掛Part 2：用FCGear畫進階齒輪]所述，切換到Part Design工作平台。先建立實體body，再於Combo view中以滑鼠點選齒輪物件後拖曳到body下，就會在body下產生名為BaseFeature的物件。如下圖：

為了與蝸桿配合，蝸輪中段需要掃除一圈圓弧區域，以避開蝸桿的軸心。型錄的喉徑D = 88 mm，而蝸桿軸心至蝸輪軸心的水平組裝距離J = 60 mm，所以掃掠圓半徑 = J – D/2 = 60 – 88/2 = 16 mm。我們先在XZ平面建立草圖，再以Z軸為軸心執行掃掠除料，即可完成蝸輪如下圖：

有了蝸桿蝸輪的齒型幾何後，你可以繼續用Part Design編修零件的其他部分。然後3D列印出來組裝，一個可運轉的蝸齒輪減速機構就完成囉。

(FreeCAD 0.21.1版適用)