[3D繪圖] 設計自己的積木,樂高齒輪篇(一)

樂高的積木相信很多人都玩過,所包含的組件也包羅萬象,可是每次組想要的東西時,常常發現想要的組件總是不夠多,或是手邊就是沒有這種規格的積木,尤其機械類玩具,齒輪更是其中重要的角色,可總是沒有剛好的規格可用,導致外型需要遷就或做不出來。

在現今社會多數人都見過了3D印表機了,有沒有可能自己製造想要的關鍵積木呢?但是礙於3D軟體往往高貴又難學,免費軟體往往又沒有辦法輸入數值精確定位,難道自製只是空想嗎?

在這樣的困難情況我發現了一線曙光DesignSpark Mechanical,或許以前大家沒聽過這套軟體,可是它除了免費以外高階繪圖軟體的功能大多都具備,而且也能輸入尺寸精確定位,讓我感覺到自製齒輪不再是空想。

因此有了撰寫此篇文章的念頭,當然齒輪畢竟是機械中重要的角色,隨便畫畫可能無法使用,也許我們需要多些篇幅才能完成,今天就讓我們先看看畫齒輪前需要哪些重要的基礎知識吧。

 

作者/攝影  陳煜倫
時間   2小時至3小時(分兩堂課)
成本  

❊ PLA列印約40分鐘
❊ 代課列印約240元整

 

難度   * * *
材料表   ❊ 印匠印表機乙台

❊ PLA用料乙捲

❊ 樂高積木數個

1st.DesignSpark官網

STEP1.下載軟體

進入DESIGNSPARK的首頁,如網站頁面為英文介面可於首頁右上方選擇中文介面。

 

網頁中的選單中,請按下設計軟件 ➜ 三維建模軟件 ➜ 下載及安裝 ➜ 一直下一步就可安裝完成

 

STEP2.註冊帳號

註冊官方帳號可以他人交換心得

 

1st.齒輪的知識

以下齒輪相關圖參考自全華出版社 工程圖學 第七版

STEP1.如何定義齒輪?

齒輪也有不同形式,最常見的平常稱之為正齒輪,下面所有的均以正齒輪來說明。

一般齒輪只要有:

  • 齒數:齒輪上凸起的數目。
  • 模數:決定齒型大小的依據。
  • 壓力角(14°~20°):齒輪直徑與齒形側面的交角。

即可,其他都可以經由計算方式獲得,當然還有個既重要,又不太重要的數據,齒輪厚度,但基本上跟與其他齒輪的配合影響不大。

接下來我們介紹幾個主要的名詞。

STEP2. 節圓

當畫齒輪時會先決定兩齒輪的旋轉圓心。

再畫出以兩個圓心為中心且互為相切的圓。

此兩個相切的圓就可當作兩齒輪的節圓

 

當兩個齒輪互相齧合時,兩個節圓互為相切,所以有很多繪製簡易圖甚至僅繪製節圓來表示。

節圓直徑=齒數X模數。

節圓是畫齒輪最重要的參考圓

 

STEP3. 齒數、模數

齒輪上齒的數目就是齒數,它也決定了齒輪互相間轉動的速度,是計算轉速比例的依據。

模數是用來決定齒型的大小,模數越大齒型越大,而且不同模數的齒輪更是難以配合。

 

與所有齒型的最高點相切圓為齒頂圓

齒頂圓與節圓的差距就是模數

▲圖右為模數1,圖左為模數5▲

畫齒輪的三圓?(齒輪也有三圍?)

畫齒輪圖時有三個重要的圓,節圓、齒頂圓、齒底圓,其中節圓是畫齒輪最重要的參考圓。

齒頂圓直徑=節圓+模數。

齒底圓直徑=節圓-1.25模數。

一般圖面上表示齒輪時,若有畫出三個圓來表示,就是節圓、齒頂圓、齒底圓。

STEP4. 齒型

齒輪依據不同的需求有不同的外型。其中擺線漸開線是最常使用的齒型。現行多以近似畫法完成。主要原因是製造時精度無法掌握,或齒輪運作時影響不大。

此外齒型也並非只有這兩種較精確的齒型才可運作正常,像本篇介紹LEGO使用的齒輪使用三角形畫出的齒型依然可以正常運作。

 

STEP5. 擺線

擺線是一個圓沿一條直線運動時,圓邊界上一定點所形成的軌跡

擺線用於鐘錶使用,能正確的即時互相連動,但是磨損情況較大且需要較精確的間距計算,目前除時間計算等情況已不使用。

 

STEP6. 漸開線

漸開線為一曲線,由繞於一正多邊形或圓形之緊索上之一點,向外伸開時所成。

漸開線齒輪有壓力角恆定的特性,且製作較擺線容易,可容許少許誤差。

因此現行漸開線使用機會比其他種類齒形機會都高。

 

STEP7.適合DS的齒輪製作方法

Lego齒輪因不需太精確的動作,且DS本身是以繪製簡單圖形為主,因此本團隊經實驗以簡化的橢圓齒形畫法完成。

除確保齒輪可用外,亦具備簡單易學特性。

經實驗橢圓形在3D印出的時候可以將誤差降低。避免與原始設計圖樣差距過大。

 

STEP8. Lego Z40齒輪計算

本次以Lego 40齒為範例

以下就是所需計算:節圓=模數X齒數=1X40=40

齒頂圓=節圓+模數X1=40+1X1=41

齒底圓=節圓-模數X1.25=40+1X1.25=38.75

齒寬弧長=節圓÷(齒數X2)=40π÷80=0.5 π

 

第一篇就先介紹齒輪的各項所需知識,後面要開始教畫圖了喔!敬請期待。

Leave a comment

Your email address will not be published.


*