chiark / gitweb /
threads: download
authorIan Jackson <ijackson@chiark.greenend.org.uk>
Wed, 8 Apr 2020 16:34:37 +0000 (17:34 +0100)
committerIan Jackson <ijackson@chiark.greenend.org.uk>
Wed, 8 Apr 2020 16:34:37 +0000 (17:34 +0100)
https://www.dkprojects.net/openscad-threads/

Signed-off-by: Ian Jackson <ijackson@chiark.greenend.org.uk>
threads.scad [new file with mode: 0644]

diff --git a/threads.scad b/threads.scad
new file mode 100644 (file)
index 0000000..c958cb5
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,382 @@
+/*\r
+ * ISO-standard metric threads, following this specification:\r
+ *          http://en.wikipedia.org/wiki/ISO_metric_screw_thread\r
+ *\r
+ * Copyright 2020 Dan Kirshner - dan_kirshner@yahoo.com\r
+ * This program is free software: you can redistribute it and/or modify\r
+ * it under the terms of the GNU General Public License as published by\r
+ * the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or\r
+ * (at your option) any later version.\r
+ *\r
+ * This program is distributed in the hope that it will be useful,\r
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of\r
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the\r
+ * GNU General Public License for more details.\r
+ *\r
+ * See <http://www.gnu.org/licenses/>.\r
+ *\r
+ * Version 2.4.  2019-07-14  Add test option - do not render threads.\r
+ * Version 2.3.  2017-08-31  Default for leadin: 0 (best for internal threads).\r
+ * Version 2.2.  2017-01-01  Correction for angle; leadfac option.  (Thanks to\r
+ *                           Andrew Allen <a2intl@gmail.com>.)\r
+ * Version 2.1.  2016-12-04  Chamfer bottom end (low-z); leadin option.\r
+ * Version 2.0.  2016-11-05  Backwards compatibility (earlier OpenSCAD) fixes.\r
+ * Version 1.9.  2016-07-03  Option: tapered.\r
+ * Version 1.8.  2016-01-08  Option: (non-standard) angle.\r
+ * Version 1.7.  2015-11-28  Larger x-increment - for small-diameters.\r
+ * Version 1.6.  2015-09-01  Options: square threads, rectangular threads.\r
+ * Version 1.5.  2015-06-12  Options: thread_size, groove.\r
+ * Version 1.4.  2014-10-17  Use "faces" instead of "triangles" for polyhedron\r
+ * Version 1.3.  2013-12-01  Correct loop over turns -- don't have early cut-off\r
+ * Version 1.2.  2012-09-09  Use discrete polyhedra rather than linear_extrude ()\r
+ * Version 1.1.  2012-09-07  Corrected to right-hand threads!\r
+ */\r
+\r
+// Examples.\r
+//\r
+// Standard M8 x 1.\r
+// metric_thread (diameter=8, pitch=1, length=4);\r
+\r
+// Square thread.\r
+// metric_thread (diameter=8, pitch=1, length=4, square=true);\r
+\r
+// Non-standard: long pitch, same thread size.\r
+//metric_thread (diameter=8, pitch=4, length=4, thread_size=1, groove=true);\r
+\r
+// Non-standard: 20 mm diameter, long pitch, square "trough" width 3 mm,\r
+// depth 1 mm.\r
+//metric_thread (diameter=20, pitch=8, length=16, square=true, thread_size=6,\r
+//               groove=true, rectangle=0.333);\r
+\r
+// English: 1/4 x 20.\r
+//english_thread (diameter=1/4, threads_per_inch=20, length=1);\r
+\r
+// Tapered.  Example -- pipe size 3/4" -- per:\r
+// http://www.engineeringtoolbox.com/npt-national-pipe-taper-threads-d_750.html\r
+// english_thread (diameter=1.05, threads_per_inch=14, length=3/4, taper=1/16);\r
+\r
+// Thread for mounting on Rohloff hub.\r
+//difference () {\r
+//   cylinder (r=20, h=10, $fn=100);\r
+//\r
+//   metric_thread (diameter=34, pitch=1, length=10, internal=true, n_starts=6);\r
+//}\r
+\r
+\r
+// ----------------------------------------------------------------------------\r
+function segments (diameter) = min (50, max (ceil (diameter*6), 25));\r
+\r
+\r
+// ----------------------------------------------------------------------------\r
+// diameter -    outside diameter of threads in mm. Default: 8.\r
+// pitch    -    thread axial "travel" per turn in mm.  Default: 1.\r
+// length   -    overall axial length of thread in mm.  Default: 1.\r
+// internal -    true = clearances for internal thread (e.g., a nut).\r
+//               false = clearances for external thread (e.g., a bolt).\r
+//               (Internal threads should be "cut out" from a solid using\r
+//               difference ()).  Default: false.\r
+// n_starts -    Number of thread starts (e.g., DNA, a "double helix," has\r
+//               n_starts=2).  See wikipedia Screw_thread.  Default: 1.\r
+// thread_size - (non-standard) axial width of a single thread "V" - independent\r
+//               of pitch.  Default: same as pitch.\r
+// groove      - (non-standard) true = subtract inverted "V" from cylinder\r
+//                (rather thanadd protruding "V" to cylinder).  Default: false.\r
+// square      - true = square threads (per\r
+//               https://en.wikipedia.org/wiki/Square_thread_form).  Default:\r
+//               false.\r
+// rectangle   - (non-standard) "Rectangular" thread - ratio depth/(axial) width\r
+//               Default: 0 (standard "v" thread).\r
+// angle       - (non-standard) angle (deg) of thread side from perpendicular to\r
+//               axis (default = standard = 30 degrees).\r
+// taper       - diameter change per length (National Pipe Thread/ANSI B1.20.1\r
+//               is 1" diameter per 16" length). Taper decreases from 'diameter'\r
+//               as z increases.  Default: 0 (no taper).\r
+// leadin      - 0 (default): no chamfer; 1: chamfer (45 degree) at max-z end;\r
+//               2: chamfer at both ends, 3: chamfer at z=0 end.\r
+// leadfac     - scale of leadin chamfer (default: 1.0 = 1/2 thread).\r
+// test        - true = do not render threads (just draw "blank" cylinder).\r
+//               Default: false (draw threads).\r
+module metric_thread (diameter=8, pitch=1, length=1, internal=false, n_starts=1,\r
+                      thread_size=-1, groove=false, square=false, rectangle=0,\r
+                      angle=30, taper=0, leadin=0, leadfac=1.0, test=false)\r
+{\r
+   // thread_size: size of thread "V" different than travel per turn (pitch).\r
+   // Default: same as pitch.\r
+   local_thread_size = thread_size == -1 ? pitch : thread_size;\r
+   local_rectangle = rectangle ? rectangle : 1;\r
+\r
+   n_segments = segments (diameter);\r
+   h = (test && ! internal) ? 0 : (square || rectangle) ? local_thread_size*local_rectangle/2 : local_thread_size / (2 * tan(angle));\r
+\r
+   h_fac1 = (square || rectangle) ? 0.90 : 0.625;\r
+\r
+   // External thread includes additional relief.\r
+   h_fac2 = (square || rectangle) ? 0.95 : 5.3/8;\r
+\r
+   tapered_diameter = diameter - length*taper;\r
+\r
+   difference () {\r
+      union () {\r
+         if (! groove) {\r
+            if (! test) {\r
+               metric_thread_turns (diameter, pitch, length, internal, n_starts,\r
+                                    local_thread_size, groove, square, rectangle, angle,\r
+                                    taper);\r
+            }\r
+         }\r
+\r
+         difference () {\r
+\r
+            // Solid center, including Dmin truncation.\r
+            if (groove) {\r
+               cylinder (r1=diameter/2, r2=tapered_diameter/2,\r
+                         h=length, $fn=n_segments);\r
+            } else if (internal) {\r
+               cylinder (r1=diameter/2 - h*h_fac1, r2=tapered_diameter/2 - h*h_fac1,\r
+                         h=length, $fn=n_segments);\r
+            } else {\r
+\r
+               // External thread.\r
+               cylinder (r1=diameter/2 - h*h_fac2, r2=tapered_diameter/2 - h*h_fac2,\r
+                         h=length, $fn=n_segments);\r
+            }\r
+\r
+            if (groove) {\r
+               if (! test) {\r
+                  metric_thread_turns (diameter, pitch, length, internal, n_starts,\r
+                                       local_thread_size, groove, square, rectangle,\r
+                                       angle, taper);\r
+               }\r
+            }\r
+         }\r
+      }\r
+\r
+      // chamfer z=0 end if leadin is 2 or 3\r
+      if (leadin == 2 || leadin == 3) {\r
+         difference () {\r
+            cylinder (r=diameter/2 + 1, h=h*h_fac1*leadfac, $fn=n_segments);\r
+\r
+            cylinder (r2=diameter/2, r1=diameter/2 - h*h_fac1*leadfac, h=h*h_fac1*leadfac,\r
+                      $fn=n_segments);\r
+         }\r
+      }\r
+\r
+      // chamfer z-max end if leadin is 1 or 2.\r
+      if (leadin == 1 || leadin == 2) {\r
+         translate ([0, 0, length + 0.05 - h*h_fac1*leadfac]) {\r
+            difference () {\r
+               cylinder (r=diameter/2 + 1, h=h*h_fac1*leadfac, $fn=n_segments);\r
+               cylinder (r1=tapered_diameter/2, r2=tapered_diameter/2 - h*h_fac1*leadfac, h=h*h_fac1*leadfac,\r
+                         $fn=n_segments);\r
+            }\r
+         }\r
+      }\r
+   }\r
+}\r
+\r
+\r
+// ----------------------------------------------------------------------------\r
+// Input units in inches.\r
+// Note: units of measure in drawing are mm!\r
+module english_thread (diameter=0.25, threads_per_inch=20, length=1,\r
+                      internal=false, n_starts=1, thread_size=-1, groove=false,\r
+                      square=false, rectangle=0, angle=30, taper=0, leadin=0,\r
+                      leadfac=1.0, test=false)\r
+{\r
+   // Convert to mm.\r
+   mm_diameter = diameter*25.4;\r
+   mm_pitch = (1.0/threads_per_inch)*25.4;\r
+   mm_length = length*25.4;\r
+\r
+   echo (str ("mm_diameter: ", mm_diameter));\r
+   echo (str ("mm_pitch: ", mm_pitch));\r
+   echo (str ("mm_length: ", mm_length));\r
+   metric_thread (mm_diameter, mm_pitch, mm_length, internal, n_starts,\r
+                  thread_size, groove, square, rectangle, angle, taper, leadin,\r
+                  leadfac, test);\r
+}\r
+\r
+// ----------------------------------------------------------------------------\r
+module metric_thread_turns (diameter, pitch, length, internal, n_starts,\r
+                            thread_size, groove, square, rectangle, angle,\r
+                            taper)\r
+{\r
+   // Number of turns needed.\r
+   n_turns = floor (length/pitch);\r
+\r
+   intersection () {\r
+\r
+      // Start one below z = 0.  Gives an extra turn at each end.\r
+      for (i=[-1*n_starts : n_turns+1]) {\r
+         translate ([0, 0, i*pitch]) {\r
+            metric_thread_turn (diameter, pitch, internal, n_starts,\r
+                                thread_size, groove, square, rectangle, angle,\r
+                                taper, i*pitch);\r
+         }\r
+      }\r
+\r
+      // Cut to length.\r
+      translate ([0, 0, length/2]) {\r
+         cube ([diameter*3, diameter*3, length], center=true);\r
+      }\r
+   }\r
+}\r
+\r
+\r
+// ----------------------------------------------------------------------------\r
+module metric_thread_turn (diameter, pitch, internal, n_starts, thread_size,\r
+                           groove, square, rectangle, angle, taper, z)\r
+{\r
+   n_segments = segments (diameter);\r
+   fraction_circle = 1.0/n_segments;\r
+   for (i=[0 : n_segments-1]) {\r
+      rotate ([0, 0, i*360*fraction_circle]) {\r
+         translate ([0, 0, i*n_starts*pitch*fraction_circle]) {\r
+            //current_diameter = diameter - taper*(z + i*n_starts*pitch*fraction_circle);\r
+            thread_polyhedron ((diameter - taper*(z + i*n_starts*pitch*fraction_circle))/2,\r
+                               pitch, internal, n_starts, thread_size, groove,\r
+                               square, rectangle, angle);\r
+         }\r
+      }\r
+   }\r
+}\r
+\r
+\r
+// ----------------------------------------------------------------------------\r
+module thread_polyhedron (radius, pitch, internal, n_starts, thread_size,\r
+                          groove, square, rectangle, angle)\r
+{\r
+   n_segments = segments (radius*2);\r
+   fraction_circle = 1.0/n_segments;\r
+\r
+   local_rectangle = rectangle ? rectangle : 1;\r
+\r
+   h = (square || rectangle) ? thread_size*local_rectangle/2 : thread_size / (2 * tan(angle));\r
+   outer_r = radius + (internal ? h/20 : 0); // Adds internal relief.\r
+   //echo (str ("outer_r: ", outer_r));\r
+\r
+   // A little extra on square thread -- make sure overlaps cylinder.\r
+   h_fac1 = (square || rectangle) ? 1.1 : 0.875;\r
+   inner_r = radius - h*h_fac1; // Does NOT do Dmin_truncation - do later with\r
+                                // cylinder.\r
+\r
+   translate_y = groove ? outer_r + inner_r : 0;\r
+   reflect_x   = groove ? 1 : 0;\r
+\r
+   // Make these just slightly bigger (keep in proportion) so polyhedra will\r
+   // overlap.\r
+   x_incr_outer = (! groove ? outer_r : inner_r) * fraction_circle * 2 * PI * 1.02;\r
+   x_incr_inner = (! groove ? inner_r : outer_r) * fraction_circle * 2 * PI * 1.02;\r
+   z_incr = n_starts * pitch * fraction_circle * 1.005;\r
+\r
+   /*\r
+    (angles x0 and x3 inner are actually 60 deg)\r
+\r
+                          /\  (x2_inner, z2_inner) [2]\r
+                         /  \\r
+   (x3_inner, z3_inner) /    \\r
+                  [3]   \     \\r
+                        |\     \ (x2_outer, z2_outer) [6]\r
+                        | \    /\r
+                        |  \  /|\r
+             z          |[7]\/ / (x1_outer, z1_outer) [5]\r
+             |          |   | /\r
+             |   x      |   |/\r
+             |  /       |   / (x0_outer, z0_outer) [4]\r
+             | /        |  /     (behind: (x1_inner, z1_inner) [1]\r
+             |/         | /\r
+    y________|          |/\r
+   (r)                  / (x0_inner, z0_inner) [0]\r
+\r
+   */\r
+\r
+   x1_outer = outer_r * fraction_circle * 2 * PI;\r
+\r
+   z0_outer = (outer_r - inner_r) * tan(angle);\r
+   //echo (str ("z0_outer: ", z0_outer));\r
+\r
+   //polygon ([[inner_r, 0], [outer_r, z0_outer],\r
+   //        [outer_r, 0.5*pitch], [inner_r, 0.5*pitch]]);\r
+   z1_outer = z0_outer + z_incr;\r
+\r
+   // Give internal square threads some clearance in the z direction, too.\r
+   bottom = internal ? 0.235 : 0.25;\r
+   top    = internal ? 0.765 : 0.75;\r
+\r
+   translate ([0, translate_y, 0]) {\r
+      mirror ([reflect_x, 0, 0]) {\r
+\r
+         if (square || rectangle) {\r
+\r
+            // Rule for face ordering: look at polyhedron from outside: points must\r
+            // be in clockwise order.\r
+            polyhedron (\r
+               points = [\r
+                         [-x_incr_inner/2, -inner_r, bottom*thread_size],         // [0]\r
+                         [x_incr_inner/2, -inner_r, bottom*thread_size + z_incr], // [1]\r
+                         [x_incr_inner/2, -inner_r, top*thread_size + z_incr],    // [2]\r
+                         [-x_incr_inner/2, -inner_r, top*thread_size],            // [3]\r
+\r
+                         [-x_incr_outer/2, -outer_r, bottom*thread_size],         // [4]\r
+                         [x_incr_outer/2, -outer_r, bottom*thread_size + z_incr], // [5]\r
+                         [x_incr_outer/2, -outer_r, top*thread_size + z_incr],    // [6]\r
+                         [-x_incr_outer/2, -outer_r, top*thread_size]             // [7]\r
+                        ],\r
+\r
+               faces = [\r
+                         [0, 3, 7, 4],  // This-side trapezoid\r
+\r
+                         [1, 5, 6, 2],  // Back-side trapezoid\r
+\r
+                         [0, 1, 2, 3],  // Inner rectangle\r
+\r
+                         [4, 7, 6, 5],  // Outer rectangle\r
+\r
+                         // These are not planar, so do with separate triangles.\r
+                         [7, 2, 6],     // Upper rectangle, bottom\r
+                         [7, 3, 2],     // Upper rectangle, top\r
+\r
+                         [0, 5, 1],     // Lower rectangle, bottom\r
+                         [0, 4, 5]      // Lower rectangle, top\r
+                        ]\r
+            );\r
+         } else {\r
+\r
+            // Rule for face ordering: look at polyhedron from outside: points must\r
+            // be in clockwise order.\r
+            polyhedron (\r
+               points = [\r
+                         [-x_incr_inner/2, -inner_r, 0],                        // [0]\r
+                         [x_incr_inner/2, -inner_r, z_incr],                    // [1]\r
+                         [x_incr_inner/2, -inner_r, thread_size + z_incr],      // [2]\r
+                         [-x_incr_inner/2, -inner_r, thread_size],              // [3]\r
+\r
+                         [-x_incr_outer/2, -outer_r, z0_outer],                 // [4]\r
+                         [x_incr_outer/2, -outer_r, z0_outer + z_incr],         // [5]\r
+                         [x_incr_outer/2, -outer_r, thread_size - z0_outer + z_incr], // [6]\r
+                         [-x_incr_outer/2, -outer_r, thread_size - z0_outer]    // [7]\r
+                        ],\r
+\r
+               faces = [\r
+                         [0, 3, 7, 4],  // This-side trapezoid\r
+\r
+                         [1, 5, 6, 2],  // Back-side trapezoid\r
+\r
+                         [0, 1, 2, 3],  // Inner rectangle\r
+\r
+                         [4, 7, 6, 5],  // Outer rectangle\r
+\r
+                         // These are not planar, so do with separate triangles.\r
+                         [7, 2, 6],     // Upper rectangle, bottom\r
+                         [7, 3, 2],     // Upper rectangle, top\r
+\r
+                         [0, 5, 1],     // Lower rectangle, bottom\r
+                         [0, 4, 5]      // Lower rectangle, top\r
+                        ]\r
+            );\r
+         }\r
+      }\r
+   }\r
+}\r
+\r
+\r