솔리드웍스 가변 피치 스프링 모델링

 

 

지금까지 서관덕의 시간이 머문 작은 공간 블로그에서 스프링 모델링 관련 몇몇 개 포스팅 한 기억이 난다.

 

인벤터를 이용해서, 인장 스프링과 장고/단지형 스프링 및 스프링 구동에 관련해서 포스팅했고, 솔리드웍스를 이용한 스프링은 스프링 구동에 관련해서 포스팅한 내용이 전부인 것 같다.

그것도, 솔리드웍스의 기본인  나선형 곡선을 이용한 스프링 모델링이 아닌, 스윕 기능을 약간 변칙적으로 활용해서 사용하는 방법으로 진행된 내용이었다. ㅎㅎ

 

솔리드웍스 스프링 구동(애니메이션) 따라하기

 

[Inventor]인벤터 서피스(Surface)를 이용한 단지형 코일 스프링 모델링 방법 동영상 강좌

 

이번에는 솔리드웍스에서 스프링을 만드는 데 있어서 기본적인 나선형 곡선을 이용한 스프링 모델링 방식이지만, 통상적인  Open end(스프링 끝이 열려있는 동일 피치 스프링) 스프링이 아닌, Closed end (끝이 닫혀있는 스프링) 스프링 모델링하는 방법으로 피치 값이 다르게 적용되는 내용을 제대로 이해해보기로 하자.

 

Closed end 스프링은 쉽게 볼펜 같은 압축 스프링을 말하는 것으로, 중간은 일정 피치로 벌어져 있지만, 양 끝 쪽은 인장 스프링처럼 딱 붙어 있는 형태를 말한다.

끝이 닫혀지는 형식은 한번 정도 감아서 닫을 수 도 있고, 볼펜 스프링처럼 두 번 이상 감아서 만들어지는 스프링도 있다.

 

이번 포스팅은 두 번을 감아서 양끝이 닫히는 압축 스프링 모델링하는 방법으로 진행한다.

 

가변 피치 스프링은 말 그대로, 스프링의 피치(간격)가 다르게 적용되어 만들어진 스프링 형태로 솔리드웍스에서는 기본적으로 제공하고 있는 스프링(코일) 경로를 만들어주는 기능이다.

일반적으로 경로를 코일 경로를 먼저 만든 후, 스윕을 통해서 솔리드 피쳐를 생성하는 방식을 채택하고 있다.

스프링 또는 나사에서 피치는 코일이 한번 감았을 때 높이를 말한다.

 

이제부터 솔리드웍스 가변 피치 스프링을 모델링 방법을 알아보도록 하자.

 

우선, 위 도면을 먼저 확인해보자.

스프링 기준 직경은 ø20mm

스프링 와이어 직경(심선경) ø2mm

시작/끝 피치(Pitch) 2mm, 2회전

스프링 피치(Pitch) 10mm, 3회전

가변 피치 10mm, 1회전

 

위 데이터를 참고로 해서 스프링을 만들어본다.

 

가변 피치 코일(스프링)은 일정 피치 코일보다 많이 헛갈리는 기능 중 하나이다.

처음 접근하시는 분들을 위해서 기본적으로 1회전 기준으로 작성한다.

이렇게 한바퀴가 익숙해지면, 조금씩 회전 수를 변경하거나 피치 값을 조절하는 등 여러 가지 응용된 형태로 발전시켜 나가면 될 것이다.

 

 

솔리드웍스 가변 피치 스프링 모델링

 

스프링 기준 스케치

솔리드웍스의 스프링용 코일은 제일 먼저 기준을 스케치하기 위해서 스케치 평면을 선택한다.

① 기준 평면에서 윗면을 선택하고, 새 스케치를 클릭한다.

 

스프링의 기준 원을 작성한다.

① 스케치 작성 아이콘에서  중심원으로 원점을 기준으로 임의의 원을 작성한다.

② 지능형 치수로 원의 직경을 20mm 입력한다.

③ 스케치를 종료하여, 기준 스케치를 완성한다.

 

나선형 곡선 작성

나선형 곡선은 스케치된 원을 기준으로 경로를 작성한다.

① 피처 리스트에서 스케치를 선택한다.

② 피처 탭 곡선에서 나선형 곡선을 선택한다.

 

가변 피치 스프링을 만들기 위해서 우선 정의 기준과 파라미터에서 가변 피치를 선택한다.

정의 기준에는 피치와 회전, 높이와 회전, 높이와 피치, 나선형으로 4개의 옵션으로 이루어져 있다.  (나선형은 가변피치 적용 안됨)

 

가변 피치 스프링은 경로만 작성하는 것이 아니고, 솔리드를 생성해야 하기 때문에 닫힌 스프링 같은 경우 피치의 간격이 매우 중요하다.

그래서, 정의 기준은 피치와 회전으로 설정해 놓고 작성하는 것이 차후 스윕을 통한 솔리드 생성에 유리할 것이다.

① 정의 기준을 피치와 회전으로 설정한다.

② 피치의 간격을 조절할 수 있는 가변 피치로 파라미터를 변경한다.

 

스프링의 시작 피치를 설정한다.

영역 파라미터에서 사용자가 변경할 수 있는 값은 피치, 회전, 지름을 변경할 수 있지만, 장고형 또는 단지형 스프링이 아닌 경우에는 지름 값은 기준 값으로 진행한다.

① 1행 영역 파라미터에서 기준 피치 2mm를 적용하고 한다. (피치 값만 변경 가능하다.)

② 2행 에서는 1행과 동일하게 2mm로 입력하고, 2회전으로 코일이 감길 수 있도록 한다.

 

※ 1행에서 피치를 0으로 지정하면,  ①의 코일 시작 위치가 약 70도 정도 평평하게 진행하지만, 이러한 1행의 피치를 0으로 지정하는 경우는 전체적으로는 동일 피치 스프링 형태이지만, 양쪽 끝을 평평하게 표현할 때 사용하는 방법이다.

※ 이번 포스팅에서는 볼펜 스프링과 비슷한 형태로 모델링하는 것이기 때문에 각 구간별 피치의 값은 동일하게 부여한다.

 

가변 피치가 적용되는 부분 설정하는 부분으로, 스프링의 양끝에 있는 시작 피치와 압축 스프링의 본래 피치로 변화되는 단계의 피치를 설정한다.

① 3행의 피치 값을 압축 스프링 본래의 피치 값으로 설정하고, 회전은 3회전으로 설정한다.

 

※ 가변 피치의 회전 값은 해당 구간의 회전 값이 아닌, 1행인 시작 위치에서부터 점차 높이가 쌓이는 누적 회전 값을 지정한다.

※ 높이가 14mm가 아닌 10mm로 나타나는 이유는 시작되는 피치 2mm의 전체 높이는 무시되고, 바닥부터 피치 10mm가 적용되기 때문이며, 이로 인해 피치가 자연스럽게 연결된다.

 

실제 압축 스프링 피치 및 회전 값을 적용한다.

① 4행에서 본래 필요한 압축 스프링의 피치 값 10mm와 회전 값은 시작부터 6회전 값을 지정한다.

 

※ 실제 피치 10mm가 적용되는 스프링은 3회전 한 것이다.

 

종료 피치를 정하기 위한 가변 피치를 지정한다.

① 5행에서는 다시 닫힌 스프링 형태를 구현하기 위해서 피치 2mm로 지정하고, 회전은 앞에서 1회전으로 감았기 때문에 마무리도 1회전으로 감기 위해서 7회전 값을 지정한다.

 

마지막으로, 시작 피치 지정하는 값과 동일하게 종료 피치를 지정한다.

① 6행에서는 시작 피치와 동일하게 피치 2mm로 지정하고, 두 번 감아서 닫힌 스프링을 표현하기 위해서 2회전 값을 더해 총 9회전 스프링 경로를 작성한다.

 

※ 마지막 행은 피치 0 값은 부여할 수 없다.

즉, 시작할 때는 0을 부여해서 평평하게 코일을 시작할 수 있지만, 끝날 때는 최소 0.001 이상의 값이 부여되어야 결과물을 만들 수 있다.

 

최종적으로 스프링의 시작 위치와 방향을 지정한다.

다른 것은 필요에 따라 변경해서 사용하지만, 시작 각도는 원점 평면과 일치할 수 있는 각도(0도, 90도 등)로 변경한다.

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스윕 단면(스프링 단면) 작성

스프링 단면을 스케치하기 위해서 스케치 평면을 원점 평면으로 선택한다.

① 단면을 생성할 방향과 같은 원점 평면을 선택하고, 스케치 작성한다.

 

스프링 단면을 임의의 위치에 작성한다.

① 원 명령을 이용해서 임의의 위치에 중심 원을 작성한다.

② 단면 지름 2mm 지정한다.

 

※ 원을 작성할 때 별도의 구속이 지정되지 않도록 주의한다.

 

임의의 로 작성된 원을 작성한 코일에 구속한다.

① P1원의 중심을 먼저 선택하고, Ctrl를 누른 상태에서 P2 코일을 선분을 다중 선택한 후, 구속조건을 관통으로 지정하여 단면 원의 위치를 구속한다.

② 구속 설정이 완료된 후, 스케치 마무리한다.

 

 

스윕을 이용한 스프링 생성

스윕 보스/베이스를 이용해서 스프링을 완성한다.

① 피처 탭에서 스윕 보스/베이스를 실행한다.

② 스케치 프로파일을 선택하고, 단면과 경로를 선택하여, 형상을 표현하고, 확인 버튼을 눌러 스프링을 완성한다.

 

※ 솔리드웍스 2016부터 기능 제공하는 원형 프로파일을 이용해서 단면 없이 원형 직경을 입력해서 스프링을 만들 수 있지만, 단면 직경과 피치가 같은 경우 제대로 생성될 수 없는 경우가 높은 확률로 생긴다.

 

가변 피치 스프링이 완성되었다.

 

솔직히, 스프링이라는 부품 요소를 모델링해야 하는 경우는 크게 많이 있지는 않을 것이다.

특히나, 동작을 구현해야 하는 조립품인 경우는 더욱 스프링 모델링 없이 표현하는 경우가 많이 있다.

 

하지만, 스프링뿐만 아니라, 응용해서 사용할 수 있는 부분들이 군데군데 있기 때문에, 한 번씩 연습하고 공부해 둘 필요는 있을 것이다.

 

 

참 오랜만에 글 강좌를 해보는 것 같다.

 

역시, 시간은 무음이지만, 영상으로 올리는 것이 편리하고 시간도 훨씬 적게 소요되는 것은 맞지만, 개인적으로 영상보다는 글로 이루어진 내용을 좋아한다.ㅎㅎ

 

앞으로는 동영상과 함께 글 강좌도 종종 포스팅할 수 있도록 노력하겠다.^^