Комплекс программ gears. Быстрое моделирование шестерней по параметрам

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

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.

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.

Перейдите во вкладку Add-ons и включите Mesh Extra Tools.

Теперь нажмите Shift + A и выберите Gear option.

Орудие труда готово к работе! Результат работы экспортируйте в STL.

Любой владелец токарного станка рано или поздно сталкивается с задачей приближенного расчета шестерен гитары. Это может быть связано с необходимостью нарезать хоть несколько ниток дюймовой резьбы, имея только метрический ходовой винт, или с необходимостью изготовления червячной передачи под имеющиеся шестерни. Математически задача очень простая и сводится к перебору всех имеющихся в распоряжении шестерен. В сети можно найти решение этой задачи на весьма интересном, для меня сайте: www.luaz967.ru . Автор программы пишет, что хотя у него и Linux:« морда программы потому и сделана на VB, что на нем разработка/доработка интерфейса занимает считанные секунды.» У меня тоже Linux, но поскольку программа прекрасно запускается через wine, переписывать ее на Gambas или QT я счел пустой тратой времени. А вот сделать программу для телефона, который всегда с собой, показалось достаточно занимательным. Поскольку проблема расчета срочно необходимых шестерен уже была решена с помощью вышеназванной программы, я решил занимательность возвести в степень и написать программу прямо на телефоне, используя De Re BASIC! , да еще и с мордой, что, вообще говоря, было излишеством, поскольку писалась программа для себя и время необходимое на внесение искомых параметров в исходный код, было бы сопоставимо с работой через меню программы. Для запуска программы на телефоне должен быть установлен De Re BASIC!. Далее можно его запустить и загрузить программу. А можно и создать ссылку на рабочем столе и запускать программу щелчком по ней. Вызов вложенных меню и запуск программы осуществляется нажатием на соответствующую строку.

Головное меню программы	Схема
Выбор шага ведущего винта.	Выбор стандартных резьб
Выбор количества шестерен участвующих в расчетах	Результаты вычислений
Редактор исходного кода

Исходный код программы можно скачать . Иконка на рабочий стол . Программа распространяется под лицензией, совпадающей с русским переводом GENERAL PUBLIC LICENSE GNU (О причинах подобного лицензирования я подробно писал ). Очевидно, что в в среде разработки Eclipse с установленным пакетом Android SDK Tools можно было быстрее написать более быструю и красивую программу, но это задача для настольного компьютера, а я захотел показать, что робинзон решит задачу при наличии одного телефона. В результате HTC Desire HD с интерпретатором Basic справился с задачей расчета дюймовой резьбы на станке с метрическим ходовым винтом за 19 секунд. Причем 5 из них заняла сортировка результатов по величине отклонения от заданных параметров. Это не мгновенно, но учитывая, что замена шестерен занимает минуты я счел результат приемлемым.

Чтобы окончательно убедить себя, что 19 секунд это быстро, я решил оценить прогресс карманной вычислительной техники за последние 30 лет. Логарифмическая линейка задачу перебора вариантов ускоряет незначительно, поэтому был извлечен из закромов купленный в 1984 году программируемый на Basic калькулятор Casio FX-702P и на нем была запущена та же программа расчета, правда, без сортировки результатов. Вычисление заняло 17 минут 45 секунд. Т.е. в 56 раз больше. Причем отмечу, что для подобных задач и это не смертельно, ведь 30 лет назад я бы записал результаты вычислений, а не запускал программу каждый раз перед сменой шестерен.

Использование программы быстро показало, что мой набор шестерен отнюдь не оптимален, нужны еще. Решение опять нашлось на том же сайте с программой в статье: «Делилка шпинделя » . Я однако решил, что приносить в жертву сковороду - это перебор, при наличии CD дисков, которые может и не вечные, но полагаю, что на мои задачи и один не скоро износится, а изготовить новый, пользуясь старым, когда он начнет изнашиваться можно довольно быстро и точно. Собственно первый диск я изготовил достаточно грубо, разметив в inkscape, а далее установив его в устройство на фото внизу, изготовил рабочий, зажав сверлилку от Proxxon вместо резца, при этом первоначальные ошибки были нивелированы передаточным отношением делилки 1:45.

Для начала была изготовлена шестерня с 42 зубьями. На фото из белого капролона рядом с родной черной.

Расчет шестеренок различных механизмов во все времена был одной из непростых инженерных задач. На первый взгляд, кажется, что ничего сложного в этом нет. Такое мнение будет действовать до первой попытки нарисовать шестерню с необходимыми свойствами. Но как только потребуется получить, что-то новое или нестандартное, придется искать учебники либо специальные программы. В качестве примера одной из таких программ можно назвать Gearotic Motion. Компактная и простая программа может на удивление много. В частности она способна рассчитывать и строить шестерни, форма которых отличается от цилиндрической.

Возможности Gearotic Motion позволяют выполнять построение следующих типов механизмов:

• классическая пара цилиндрических шестерен
• пара из цилиндрической шестерни и цевочного колеса
• пара шестерен нестандартной, но правильной геометрической формы
• пара колес неправильной геометрии
• часовой механизм

Кроме этого для всех типов устройств возможен просмотр их работы, в том числе с трехмерной визуализацией. Дополнительно программа умеет накладывать зубья на объекты с произвольной геометрией. В общем возможностей много и Gearotic Motion может стать неплохой подмогой для самодельщиков, инженеров и студентов.

Самой уникальной и интересной возможностью программы стал расчет . Без каких-либо проблем можно, например, получить пару из треугольной и пятиугольной шестерен. Для этого после запуска программы, следует перейти на вкладку Elliptical. Панель инструментов в этом режиме состоит из следующих полей:

• Create Gears – инструменты создания шестерен и трехмерных моделей
• Gear Spec – параметры зубцов
• Tooth Count – количество зубцов и геометрия шестерен
• Shaft Size – размер оси

При расчете, главной является основная шестерня. Именно для нее задается количество зубцов в поле Wheel Teeth, и количество сторон Wheel Order. Далее, под эту шестерню рассчитывается пиньон, с количеством сторон в поле Pinion Order. При необходимости можно задать модуль шестерни (Module) и угол при вершине зуба (P Angle). Установив требуемые параметры, остается нажать кнопку Regenerate и шестерни готовы. Удостовериться в их работоспособности можно посмотрев вращение при нажатой кнопке Rotate On/Off . В общем, все элементарно.

Gearotic Motion. Пример трехмерного отображения результатов

Кнопки Create Wheel и Create Pinion служат для передачи геометрии шестерен в трехмерную модель. На ее основе можно посмотреть вращение уже в изометрии.
Еще один интересный режим, дающий удивительные результаты реализован на вкладке Imaginary. Он позволяет получить колеса случайной формы. Для этого достаточно нажать кнопку Random Master. Пиньон рассчитывается при нажатии Make Pinion. Меняя количество зубьев и величину пиньона, можно получить самые удивительные конструкции.

Пользоваться Gearotic Motion можно бесплатно до момента сохранения результатов. А что бы программа начала это делать, разработчики просят 120$. Зато возможности записи файлов также весьма широки. Кроме сохранения видео и векторных чертежей в формате dxf, есть вариант получения готовых управляющих программ для станков с ЧПУ, при том, не только в виде плоских деталей, но и в виде нормальных шестерен для 4-х координатной обработки.

Про моделирование и печать шестеренок здесь написано достаточно. Однако, большинство статей предполагают использование спец. программ. Но, у каждого пользователя есть своя «любимая» программа для моделирования. Кроме того, не все хотят устанавливать и изучать дополнительный софт. Как же моделировать профиль зуба шестерни в программе, где не предусмотрено вычерчивание эвольвентного профиля? Очень просто! Но муторно…
Нам понадобится любая программа, которая может работать с 2D графикой. Например, ваша любимая программа! Она работает с 3D? Значит и с 2D сможет! Строим профиль эвольвентного зуба без коррекции. Если кому-то захочется построить корригированный зуб, он может с этим разобраться самостоятельно. Информации полно - и в интернете, и в литературе. Если в вашей шестеренке зубьев больше 17-ти, то вам коррекция не понадобится. Если же зубьев 17 или меньше, то без коррекции возникает «утоньшение» ножки зуба, а при чрезмерной коррекции возникает заострение вершины зуба. Что выбрать? Решать вам. Определяем делительную окружность шестерни. Зачем это нужно? Чтобы определить межосевое расстояние. Т.е. где у вас будет располагаться одна шестерня, а где другая. Сложив диаметры делительных окружностей шестеренок и разделив сумму пополам, вы определите межосевое расстояние.
Чтобы определить диаметр делительной окружности нужно знать два параметра: модуль зуба и количество зубьев. Ну, с количеством зубьев – тут всем все понятно. Количеством зубьев на одной и другой шестерне определяется нужное нам передаточное отношение. Что такое модуль? Чтобы не связываться с числом «пи», инженеры придумали модуль. Как вы знаете из курса школьной математики: D= 2 «Пи» R. Так вот, что касается шестеренок, там D = m* z, где D – это диаметр делительной окружности, m – модуль, z – количество зубьев. Модуль – величина, характеризующая размер зуба. Высота зуба равна 2,25 m. Модуль принято выбирать из стандартного ряда величин: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32 (ГОСТ-9563). Можно ли придумать «свой» модуль? Конечно! Но ваша шестеренка будет нестандартная! Чертим делительную окружность. У кого нет подходящей «проги», чертит на бумаге, фанере или металле! От делительной окружности «откладываем» наружу на величину модуля (m) окружность вершин зубьев. Внутрь откладываем модуль и еще четверть модуля (1,25 m) - получаем окружность впадин зубьев. Четверть модуля дается на зазор между зубом другой шестерни и впадиной этой шестерни.

Строим основную окружность. Основная окружность – это окружность, по которой «перекатывается» прямая линия, своим концом вычерчивая эвольвенту. Формула для расчета диаметра основной окружности очень простая: Db = D * cos a, где а – угол рейки 20 градусов. Эта формула нам не нужна! Все гораздо проще. Строим прямую линию через любую точку делительной окружности. Удобнее взять самую высокую точку, на «12 часов». Тогда линия будет горизонтальная. Повернем эту линию на угол в 20 градусов против часовой стрелки. Можно ли повернуть на другой угол? Думаю, можно, но не нужно. Кому интересно, ищем в литературе или интернете ответ на вопрос.

Прямую линию, которую мы получили, будем поворачивать вокруг центра шестерни маленькими угловыми шагами. Но, самое главное, при каждом повороте против часовой стрелки будем удлинять нашу линию на длину той дуги основной окружности, которую она прошла. А при повороте по часовой стрелки наша линия будет укорачиваться на ту же величину. Длину дуги или мерим в программе, или считаем по формуле: Длина дуги = (Пи * Db * угол поворота (в градусах)) / 360

«Прокатываем» прямую линию по основной окружности с нужным угловым шагом. Получаем точки эвольвентного профиля. Чем точнее хотим строить эвольвенту, тем меньший угловой шаг выбираем.

К сожалению, в большинстве программ автоматического проектирования (CAD) не предусмотрено построение эвольвенты. Поэтому эвольвенту строим по точкам либо прямыми, либо дугами, либо сплайнами. При построении эвольвента заканчивается на основной окружности. Оставшуюся часть зуба до впадины можно построить дугой того же радиуса, который получается на трех последних точках. Для 3D печати я рисовал эвольвенту сплайнами. Для лазерной резки металла мне пришлось рисовать эвольвенту дугами. Для лазера нужно создать файл в формате dwg или dxf (для некоторых, почему-то, только dxf). «Понимает» лазер только прямые, дуги и окружности, сплайны не понимает. На лазере можно сделать только прямозубые шестерни.

Делим окружность на такое количество частей, которое в 4 раза больше количества зубьев шестерни. Эвольвенту отзеркаливаем относительно оси зуба и копируем с поворотом нужное количество раз.

Чтобы получить шестерню в объеме, то задаем толщину и получаем прямозубую цилиндрическую шестерню:

Если нужна косозубая шестерня, то вводим наклон зубьев и получаем: