FreeCAD Assembly齒條組合簡介

FreeCAD Assembly提供的齒條組合(Rack and Pinion Joint)功能相當難搞，若無人指導很容易失敗。本篇教大家如何建立2種齒條組合，第一組齒條固定，常用於工具機平台，第二組齒條滑動，常見於線性馬達。如下圖：

(第一組)

(第二組)

本篇用到的齒輪齒條都是用外掛(Addon)工作平台Gear建立，安裝外掛只要在下拉選單Tools -> Addon manager的視窗選單裡選freecad.gears workbench按install就行了。繪製齒輪齒條的方法請參考前文[開外掛Part 2：用Gear畫進階齒輪]，範例零件外觀與規格如下圖：

M2指齒輪、齒條的模數(Module) = 2。模數 = 節圓直徑 / 齒數，M2齒輪20齒代表節圓直徑 = 2 * 20 = 40 mm，其他齒輪設計相關資訊請參考機械便覽或齒輪設計專書。至於基座相關尺寸以能正確定位齒輪齒條為原則，與組裝方法無關，在此就不贅述。

接下來就開始第一個範例：齒條固定，齒輪旋轉，基座滑動。

(1)請參考前文[FreeCAD內建組合平台Assembly入門]新增組合檔，並以Insert Component新增範例零件。第一個插入並設為固定的零件是齒條「M2齒條20齒」，如下圖：

(2)插入「基座」，先將齒條底面與基座上平面以距離組合Distance Joint設定距離=0 (面貼面)。如下圖：

(3)在齒條與基座間設定滑動組合Slider Joint。如下圖：

(4)插入「M2齒輪20齒厚度10mm」，並在齒輪軸孔與基座軸建立旋轉組合Revolue Joint。如下圖：

(5)滑鼠左鍵拖拉齒輪旋轉，將齒輪齒條輪廓調整至嚙合位置。如下圖：

(6)點選建立齒條組合Rack and Pinion Joint。重點來了，齒輪齒條的特徵各要選哪裡？齒輪只要是點選後局部座標的Z軸與齒輪轉軸同軸的特徵都行，你可以選齒輪軸孔兩端的圓邊、軸孔內壁等。齒條則必須選「齒頂」上那一小段一小段Z軸與指示線同軸的輪廓線，否則保證輪齒互咬齒輪亂轉。如下圖：

節圓半徑Pitch radius數值的正負會決定齒輪齒條間相對運動是否正確。請先依照右手定則將右手拇指指向齒輪軸局部座標正Z軸方向，若右手其他四根手指繞拇指旋轉後指向你所選的齒條上端齒頂輪廓局部座標的負Z軸方向的話，你輸入的節圓半徑Pitch radius需為負值，反之為正值。在此Pitch radius輸入節圓直徑40 mm / 2 = 20 mm加負號 = -20 mm，按OK完成。如下圖：

正負搞錯會怎樣？齒輪轉向與齒條滑動方向相反的結果就是輪齒互咬。

完成後用滑鼠左鍵點選基座拖拉，就會出現第一個動畫囉。

那第二個範例：基座固定，齒輪旋轉，齒條滑動是怎麼辦到的呢？

先插入基座設固定，再插入齒條同步驟(2)、(3)設定滑動組合Slider Joint，然後同步驟(4)、(5)、(6)插入齒輪、完成旋轉組合Revolue Joint、齒輪齒條輪廓調整至嚙合位置、完成齒條組合Rack and Pinion Joint就行啦。

請試著自己玩玩看。

(FreeCAD 1.1.1版適用)