Kurs projektowania 3D w 360 - Lekcja 3. Bryły kuliste

Kurs projektowania 3D w 360 - Lekcja 3. Bryły kuliste
W poprzedniej lekcji poznaliśmy opcje pozwalające tworzyć w programie Autodesk Fusion 360 bardziej złożone elementy. Powtórzyliśmy przy okazji umiejętności poznane w pierwszej odsłonie kursu projektowania 3D. Wykorzystując teraz całą zdobytą już wiedzę, zaprojektujemy łożyska stosowane w wielu projektach DIY.

Łożyska to jedne z podstawowych elementów ruchomych projektów (1, 2). Pozwalają na zmniejszenie oporów na obrotowych oraz przesuwnych elementach. Większość urządzeń wyższej jakości zawiera łożyska, które poprawiają ich wydajność i trwałość.

1. Przykładowe łożyska dostępne w sklepach

W domowych projektach wykorzystanie łożysk jest dość powszechne, jednak czasami projekt wymaga dużej ich liczby, co znacząco podnosi koszty. Z pomocą ponownie przychodzi druk 3D, umożliwiając stworzenie łożysk niewielkim kosztem. Wydrukowane w domu nie dorównują wprawdzie jeszcze tym zakupionym w specjalistycznym sklepie, ale do wielu naszych warsztatowych projektów w zupełności wystarczą.

2. Przykładowe łożyska metalowe

Łożyska kulkowe z drukarki 3D można podzielić na dwa rodzaje: z kulkami wprowadzonymi do łożyska po wydrukowaniu oraz z kulkami wdrukowanymi. Pierwszy rodzaj jest prostszy, więc od niego zaczniemy.

Łożysko składane

Rozpoczynając szkic na płaszczyźnie XY, rysujemy okrąg ze środkiem w początku układu współrzędnych (3). Okrąg może mieć dowolną średnicę - w tym przypadku będzie to 30 mm.

3. Powstaje baza łożyska
Rodzaje łożysk
• ślizgowe
• toczne
  – kulkowe
  – walcowe
  – stożkowe
  – baryłkowe
  – igiełkowe
• sprężyste
• hydrauliczne
• magnetyczne

Okrąg wyciągamy przy pomocy operacji Extrude, poznanej w poprzednich odsłonach kursu. W okienku pomocniczym odnajdujemy parametr Direction i zmieniamy go na Symmetric. W tym łożysku kulki będą miały średnicę 6 mm, więc wyciągamy podstawę na 3 mm w każdą stronę.

Następny krok to wycięcie otworu. Rozpoczynamy szkic na jednej z podstaw stworzonego walca. Rysujemy okrąg o średnicy 8 mm, ze środkiem w środku stworzonego walca. Wycinamy otwór przy pomocy operacji Extrude przez całą bryłę.

Pozostaje przygotować kanał, w którym będą poruszały się kulki. Ustawiamy model tak, abyśmy widzieli walec z boku i rozpoczynamy szkic na płaszczyźnie ZX. Rysujemy okrąg o średnicy 6,1 mm, który będzie przekrojem kanału. Wybieramy z zakładki CREATE operację Revolve i zaznaczamy narysowany okrąg. Jeśli szkic zniknął, możemy go odkryć w drzewku po lewej stronie, po rozwinięciu listy Sketches.

Następnie przechodzimy do parametru Axis i wybieramy oś Z. Przed zatwierdzeniem operacji upewniamy się, czy jest wybrana opcja Cut. Po wycięciu pozostaje tylko wyciąć otwór, przez który wprowadzimy kulki. Rozpoczynamy szkic na jednej z podstaw bryły i rysujemy okrąg o średnicy 5,8 mm, tak aby był na środku wyciętego kanału. Z pomocą przychodzi siatka, dzięki której trafimy w środek kanału. Wycinamy tak, jak powyżej (4).

4. Na czerwono zaznaczony kanał na kulki

Model jest gotowy. Pozostaje wydrukować i wprowadzić kulki. Mogą mieć dowolną średnicę - w zależności od tego, do jakich mamy dostęp. Często stosowaną opcją są również gotowe kulki plastikowe - np. o średnicy 6 mm, używane jako amunicja do pistoletów pneumatycznych (airsoftu).

Łożysko drukowane w całości

Ta wersja łożyska jest może nieco trudniejsza do zaprojektowania od pierwszej, ale nieraz brak dostępu do odpowiednich kulek skłania do sięgnięcia po takie rozwiązanie. Po opanowaniu umiejętności z poprzednich lekcji jej wykonanie nie powinno sprawiać dużych problemów.

Początek tworzenia modelu jest identyczny jak w pierwszym wariancie (5). Różnice zaczynają się pojawiać przy tworzeniu kanału. W tej wersji łożyska zamiast kulek używa się specjalnie wyprofilowanych walców.

5. Przykładowy profil kanału oraz wałka

Przekrój kanału jest teraz prostokątem z wcięciami na środku. Rysujemy prostokąt od jednej podstawy łożyska do drugiej. Pomaga w tym automatyczne przyciąganie do linii. Na środku dorysowujemy wcięcie za pomocą linii, możemy też zaokrąglić krawędzie dorysowanego wcięcia. Do tego celu służy opcja Fillet z zakładki SKETCH. Mając wybraną tę opcję, zaznaczamy ostre krawędzie wcięcia.

Wcięcia powinny być symetryczne, a ręczne wykonanie idealnie symetrycznych wcięć może być kłopotliwe. Użyjemy więc opcji lustra, aby odbić jedno wykonane już wcięcie na drugą stronę prostokąta.

Na środku prostokąta dorysujemy linię pomocniczą, która posłuży za powierzchnię lustra. Tu ponownie program pomoże znaleźć środek figury. Wybieramy opcję Mirror z zakładki SKETCH. Zaznaczamy dorysowane wcięcie, przeciągając nad nim myszkę z wciśniętym lewym klawiszem. Mając zaznaczone elementy do odbicia w lustrze, przechodzimy do parametru Mirror Line i wybieramy dorysowaną środkową linię. Po zatwierdzeniu wycięcie pojawi się z drugiej strony. Usuwamy niepotrzebny fragment prostokąta, używając opcji Trim z zakładki SKETCH.

Narzędzie to działa jak nóż - należy przejechać myszką z wciśniętym lewym przyciskiem przez linię, którą chcemy usunąć. Kiedy profil jest gotowy, wycinamy kanał przez obrót profilu, tak jak w pierwszym przypadku.

Brakuje jeszcze wałków, które będą poruszać się w przygotowanym kanale (6). Walce muszą być mniejsze niż profil. Za pomocą opcji Offset z zakładki SKETCH możemy wykonać obramowanie szkicu. Edytujemy szkic profilu, dodając szkic wałka. Zaznaczamy jedną stronę profilu i wybieramy wspomnianą opcję. Ustawiamy odsunięcie rzędu dziesiątych części milimetra w kierunku środka. Dorysowujemy prostą przechodzącą przez środek, która będzie osią obrotu wałka. Domykamy szkic przez połączenie linii środkowej z odbitym wcięciem za pomocą zwykłych linii.

6. Wycięty kanał (przekrój)

Tak stworzony profil wyciągamy przez obrót z wybraną linią środkową jako oś obrotu. Ręczne powielanie nie jest konieczne, ponieważ możemy użyć operacji powtórzeń - w tym przypadku będą to powtórzenia po okręgu.

7. Łożysko z jednym wałkiem

Operację powtórzeń znajdziemy w zakładce CREATE. W rozwijalnej liście odszukujemy pozycję Pattern i wybieramy operację Circular Pattern. W okienku pomocniczym zmieniamy parametr Pattern Type na Bodies i zaznaczamy stworzony wałek. Następnym krokiem jest wybór osi, wokół której nastąpi powtórzenie - i tak jak w poprzednich przypadkach będzie to oś Z. Pozostaje wybrać liczbę wystąpień i zatwierdzenie operacji. Podczas konfigurowania tej operacji w czasie rzeczywistym widzimy, jak aktualnie wygląda model (7, 8).

8. Wałek powielony dwoma kliknięciami

Łożyska liniowe

Możemy je wykonać w podobny sposób jak zwykłe kulkowe. Zaprojektujemy wersję z wprowadzanymi kulkami, ponieważ jest prostsza oraz sprawniejsza.

Ten rodzaj łożysk jest większy od powyżej omówionych wariantów (9). Rozpoczynamy szkicem na płaszczyźnie XY. Kształt łożyska może być dowolny - w tym wypadku będzie to kwadrat. Szkicujemy kwadrat o boku 25 mm i środku w początku układu współrzędnych. Zanim wyciągniemy go w górę, warto zaokrąglić jego dwa dolne wierzchołki. Używamy opcji Fillet na dwóch dolnych wierzchołkach. Teraz możemy wyciągnąć podstawę na wysokość 40 mm.

9. Prosta baza do łożyska liniowego

Kolejny krok to wycięcie otworu przelotowego w środku łożyska. Szkicujemy okrąg mający środek w początku układu współrzędnych i wycinamy przez całą bryłę. Prowadnice liniowe, do których najczęściej stosuje się ten typ łożyska, zwykle mają 8 mm średnicy. Średnica otworu powinna być większa o ok. 2 mm od średnicy prowadnic.

10. Otwór przelotowy oraz pierwszy kanał na kulki

Następny etap to wycięcie kanałów na kulki. Tym razem jest to nieco bardziej skomplikowane niż w poprzednich łożyskach. Rozpoczynamy szkic na płaszczyźnie XZ - będzie to ścieżka, na podstawie której wytniemy kanał. Ścieżka musi być odsunięta od ściany otworu o 2 mm. Rysujemy okrąg lekko nachodzący na otwór przelotowy. Okrąg musi mieć średnicę odrobinę większą od kulek. W naszym przypadku będzie to 6,1 mm. Okrąg wycinamy na głębokość 38 mm i zatwierdzamy operację. Powstały kanał powielamy co najmniej trzy razy, przy pomocy poznanej już opcji powtórzeń. Korzystając z tej operacji z ustawionym parametrem Pattern Type na Faces. Mając wybraną tę operację, klikamy na ściankę wyciętego otworu. Wybieramy liczbę powtórzeń i zatwierdzamy (10-12).

11. Przekrój łożyska
12. Łożysko liniowe

Kulki wprowadzone do kanału będą lekko trzymały prowadnice na środku łożyska, nie stawiając większego oporu podczas ruchu. Model na tym etapie jeszcze nie sprawdziłby się w działaniu, a kulki powypadałyby z kanałów podczas ruchu. Dodamy więc przykrycie, które utrzyma kulki w kanałach. W tym samym projekcie rozpoczynamy szkic na podstawie z otworami. Używając opcji Offset, odbijamy kształt łożyska z oddaleniem 1,5 mm. Wyciągamy powstałą figurę w górę, z ustawionym parametrem Operation na New Body na wysokość 10 mm. Na powstałej bryle używamy operacji Shell z grubością pozostawionej ściany ustawioną na 1 mm. Pozostaje jeszcze wyciąć w pokrywce otwór przelotowy na prowadnice (13).

13. Przykrywka trzymająca kulki w kanałach

Podsumowanie

Przedstawione łożyska można już wydrukować, jednak przy zapisie do pliku należy uważnie wybierać bryły, które mają zostać zapisane (14). W ostatnim łożysku najlepszym rozwiązaniem będzie zapisanie osobno łożyska oraz pokrywki. Kulki do przedstawionych łożysk mają 6 mm i są popularnymi kulkami do airsoftu. Mogą mieć dowolną średnicę, jednak w środowisku druku 3D właśnie te są najczęściej używane.

14. Wydrukowane elementy - łożysko liniowe, łożysko z wdrukowanymi wałkami, łożyska z kulkami airsoftowymi

Przedstawione łożyska do prototypów będą wystarczające. Stworzone modele poza aspektami praktycznymi mają na celu utrwalenie poznanych funkcji oraz zapoznanie się z nowymi. Trening i samodzielna zabawa programem Fusion 360 to najlepszy sposób na wdrożenie się do świata modeli 3D.

Plan kursu projektowania 3D w 360
• Lekcja 1: Bryły przeciągane (breloki)
• Lekcja 2: Bryły walcowe (łączniki rurek)
• Lekcja 3: Bryły kuliste (łożyska)
• Lekcja 4: Bryły złożone (elementy konstrukcyjne robotów)
• Lekcja 5: Proste mechanizmy na raz! (przekładnie kątowe)
• Lekcja 6: Prototypy modeli (model dźwigu budowlanego)

Bartłomiej Jakobsche

Zobacz także:

3D w 360 czyli jak w pełnym zakresie pracować z nowymi technologiami - Lekcja 1
Kurs projektowania 3D w 360. Bryły walcowe - lekcja 2