老貓玩筆

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...

大家都知道FreeCAD可以建立各式各樣的 齒輪 ，但Assembly的新功能可以讓齒輪組在螢幕上 動起來 。本篇就教大家如何用FreeCAD Assembly建立自由傳動的齒輪組。如下圖： 本篇範例用到的零件都是用 Part Design 工作平台建立，繪製齒輪的方法請參考前文 [用FreeCAD畫齒輪超簡單！] 。範例零件外觀與規格如下圖： M2指齒輪的 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，M2齒輪40齒代表節圓直徑 = 2 * 40 = 80 mm，這2個齒輪配合的 軸距 = (40 + 80) / 2 = 60 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。 接下來就開始組合囉： (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「 齒輪座 」，如下圖： (2)插入 小齒輪(M2齒輪20齒) ，並將小齒輪 軸心孔 與齒輪座 上端軸 建立 旋轉結合Revolue Joint 。如下圖： (3)插入 大齒輪(M2齒輪40齒) ，並將大齒輪 軸心孔 與齒輪座 下端軸 建立 旋轉結合Revolue Joint 。如下圖： (4)滑鼠 左鍵拖拉 轉動 小齒輪 ，將輪齒調整至 嚙合位置 。如下圖： (5)點選 齒輪組合Gears Joint ，先選 小齒輪 內孔 上緣 ，再選 大齒輪 內孔 上緣 ， Radius 1 輸入 20 mm， Radius 2 輸入 40 mm，最後按OK完成。如下圖： Radius 1 = 小齒輪節圓直徑 / 2 = 40 / 2 = 20 mm，Radius 2 = 大齒輪節圓直徑 / 2 = 80 / 2 = 40 mm。此設定是為了輸入傳動的 齒輪比 ，齒輪才能正確運轉。若輸入錯誤，轉動時輪齒會互相干涉喔。 (6) 左鍵 點選小齒輪或大齒輪 不放拖拉 ，齒輪組就會轉啦。 (FreeCAD 1.1.1版適用)

前文 [開外掛Part 2：用Gear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Gear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 num_teeth ，num_teeth = 2 代表 雙線 ，num_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 No 代表 右旋 ，也就是型錄上的 R ，改成 Yes 就會變成 左旋 。 蝸桿的 螺旋角 beta 會依照 num_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Gear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 helix_angle 輸入11 + (19 / 60) = 11.32 度。若蝸桿是 左旋 ，則helix_angle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 addendum_diameter 、 根徑 root_diameter 、 分度圓(節圓)直徑 pitch_diameter 都自動產生了。但型錄上 蝸輪...

Gear有啥能耐？有圖有真相，先來看看幾個齒輪成品範例： 如何，挺炫的吧。只要安裝Gear這個外掛(add on)工作平台，你也可以在你的3D組合圖裏加入這些酷酷的「真」齒輪，而不是一些圓柱、圓錐形的簡化model。安裝方法請參考前文[ 愛設計？學FreeCAD！ ]，選名叫 freecad.gears workbench 的外掛即可。 Gear的操作方式非常簡單：點選icon -> 出現齒輪3D model物件 -> 修改齒輪參數 -> 到Part Design工作平台畫其他部分 -> 完成。如下圖： Gear可以建立 12種 齒輪，依上圖icon由左至右分別是： 漸開線齒輪 (Involute Gear)：可繪製平齒、螺旋齒、人字齒。 漸開線內齒輪 (Internal Involute gear)：可繪製平齒、螺旋齒、人字齒。 漸開線齒條 (Involute Rack)：可繪製平齒、斜齒、人字齒。 擺線齒輪 (Cycloid e Gear)：可繪製平齒、螺旋齒、人字齒。 擺線齒條 (Cycloid Rack)：可繪製平齒、螺旋齒、人字齒。 傘齒輪 (Bevel Gear)：可繪製平齒、螺旋齒。 冠齒輪 (Crown Gear)：請將 preview_mode 取消勾選(顯示 No )，就能正確顯示輪齒。 蝸桿 (Worm Gear)：可繪製單線、多線蝸桿。 T型正時齒輪 (Timing Gear T-shape)：正時皮帶輪( 梯形 槽)。 正時齒輪 (Timing Gear)：正時皮帶輪( 圓形 槽)。 燈籠齒輪 (Lantern Gear)：看起來像鍊輪。 擺線針輪 (HypoCycloid Gear)：常用於 減速機 。 齒輪參數例如齒數、模數、壓力角等在Gear產生的齒輪物件中也有，但有幾個參數是Part Design齒輪功能沒有的，簡述如下： helix_angle ( beta)：螺旋角 正齒輪為0度。螺旋齒與人字齒須設定角度，正值右旋，負值左旋。 double_helix：人字齒 預設值為No。若為Yes且螺旋角helix_angle不等於0，則為人字齒。 pitch_angle：錐頂角 傘齒輪是由圓錐面加工而成，圓錐角的一半 = pitch_angle。 teeth：齒數 對蝸桿來說，齒數 = 線數...

什麼零件最能代表機械？當然是「齒輪」囉。齒輪機構設計已成為一種藝術，如果你喜歡機械錶，應該會同意這種錶最美之處，就是錶殼背面玻璃底下的工藝奇蹟，而其中絕對少不了齒輪。 但要在3D CAD軟體畫出貨真價實的齒輪並非易事。以一般漸開線齒輪為例，光是依規格畫出漸開線就夠你翻書翻到頭大了，你還得複製幾十個甚至上百個齒的輪廓並正確連接才行。且只要規格稍有變動，上述苦工全部都得重來。 還好，FreeCAD logo上的齒輪不是畫假的。Part Design工作平台的下拉選單裏躲著一招好用的密技，本篇教學就教你這密技該怎麼用。 有圖有真相，先來看看成品的外觀： 上圖中的外齒輪與內齒輪都是依照市售齒輪規格繪製，如假包換。 怎麼畫？很簡單。但是畫外齒輪與內齒輪方法稍有不同，因為 外齒輪可以直接長3D特徵，內齒輪則要先有3D特徵才能挖洞 。 首先請確認你的軟體版本是FreeCAD 0.18以上。開新檔後先進入Part Design工作平台， 建立實體後在Part Design下拉選單裏左擊Involute Gear ，如下圖： 結果會在Body下建立一名叫 InvoluteGear 的齒輪輪廓物件，並出現介面如下圖： 介面中 紅色虛線 內的五項參數必填，分述如下： Number of teeth ： 齒數 。也就是這個齒輪有幾顆牙齒….XD Module ： 模數 。模數 = 節圓直徑 / 齒數，詳見機械便覽或齒輪設計專書。 Pressure angle ： 壓力角 。標準齒為20度，詳見機械便覽或齒輪設計專書。 High precision：高精度。預設值為True，沒人會選False吧…… External gear ： 外齒輪 。預設值為True， 內齒輪一定要選False ，切記！ 建立外齒輪的步驟如下圖： 建立內齒輪的步驟如下圖： 你可以隨時點開InvoluteGear物件修改參數 ，按OK後齒輪形狀就會更新。 有了這招，你也可以自己設計最近市面上挺紅的雷射切割木板機構玩具，那些大小齒輪再也難不倒你囉。 然而，行家都知道，齒輪可不只漸開線正齒輪一種。如果你想畫螺旋齒輪、傘齒輪、擺線齒輪、人字齒輪、蝸桿這些更高階的玩藝兒，就得……開外掛。下回跟大家介紹一個有趣的齒輪addon： freecad.gears ，敬請期待。 (FreeCAD 1.1.0版適用)