二十齿GT2同步传动带轮结构设计

　　在桌面级3D打印机、小型自动化送料机构、精密检测位移平台这类对传动背隙有严格要求的轻载传动场景里，GT2齿形的同步带轮一直是小空间传动方案的核心选型部件，这次完成的20齿规格带轮，就是针对这类紧凑安装空间的传动需求做的结构细化设计。做这类小模数同步轮的时候，首先要卡准的是齿形啮合边界，GT2齿形的节距是2mm，20齿对应的节圆直径计算下来要严格控制在12.73mm左右，齿顶圆、齿根圆的公差要控制在0.05mm以内，不然装配后会出现带齿卡滞、传动跳齿的问题，尤其是做闭环位移控制的设备里，齿形公差超差会直接导致定位精度丢失，反复回零都没法补偿传动误差。

　　从结构上看，这个带轮采用了一体式阶梯轴套设计，下半部分是带紧定螺钉孔的安装轴套，上半部分是带齿的啮合段，这种结构比那种通体内孔的薄型带轮刚性更好，不需要额外加装轴套衬套就能直接装在4mm或者5mm的驱动轴上，紧定螺钉孔做在轴套段的侧壁，孔位正对安装轴的平面位，锁紧的时候不会因为螺钉顶在圆弧轴面上出现打滑偏移，很多新手做带轮设计的时候会把紧定孔开在齿形段的位置，不仅会破坏齿形完整性，锁紧的时候还容易把齿根撑变形，用不了多久就会出现带齿磨损不均的问题。

　　设计的时候特意把啮合段的齿宽做了适配6mm宽度同步带的尺寸，齿面两端做了0.2mm的倒角，一方面是装配的时候同步带更容易卡入齿位，另一方面也能避免带轮高速转动的时候，齿边的锐边切割同步带的纤维层，延长同步带的使用寿命。轴套段的外径比齿根圆直径大出2mm，相当于给同步带做了一个轴向定位挡边，不需要额外加装卡簧或者挡圈就能防止同步带在传动过程中轴向窜动脱落，很多轻载设备的安装空间非常紧凑，根本没有多余的位置装轴向定位零件，这种一体式挡边结构刚好能解决这个痛点，安装的时候只需要把带轮套在驱动轴上，拧紧紧定螺钉就能完成装配，不需要额外调整轴向位置。

　　实际选型的时候要注意，这个规格的带轮适合的传动中心距一般在30mm到150mm之间，传动比搭配从1:1到3:1都能稳定运行，因为GT2齿形是圆弧齿设计，相比梯形齿的MXL带轮，啮合的时候接触面积更大，传动噪音更小，背隙可以控制在0.1度以内，完全能满足小型设备的精密传动需求。做三维建模的时候，齿形的渐开线部分不能用简化的直线齿代替，要严格按照GT2齿形的标准廓形做扫描切除，不然3D打印或者机加工出来的带轮，和标准同步带啮合的时候会出现干涉，转起来有卡顿感，甚至会把同步带的齿磨掉。另外紧定螺钉孔的深度要控制在轴套壁厚的三分之二左右，不能钻透到内孔壁，不然螺钉锁紧的时候会把内孔顶变形，导致带轮没法顺利套到驱动轴上，孔口位置要做0.3mm的倒角，方便拧入紧定螺钉，也能避免孔口的应力集中导致轴套开裂。

　　从安装边界来看，这个带轮的总高度控制在22mm，最大外径也就是轴套段的直径是14mm，安装的时候只要预留出直径16mm、高度24mm的圆柱空间就能完成装配，不会和周边的走线槽、机架型材、传感器支架产生干涉，非常适合用在空间局促的小型设备里。比如在桌面级FDM3D打印机的X轴、Y轴传动结构里，这种带轮直接装在42步进电机的输出轴上，搭配闭合长度200mm到600mm的GT2同步带，就能实现稳定的直线运动传动，长时间运行也不会出现丢步的问题。在小型皮带输送机、自动点胶机的位移平台上，这种带轮也能作为从动轮使用，内孔可以搭配轴承装在固定轴上，转动阻力小，维护起来也很方便，只需要定期清理齿槽里的灰尘碎屑，不需要额外加注润滑脂，因为同步带和带轮的啮合是无滑动的摩擦传动，油脂反而会导致同步带打滑，降低传动效率。

　　很多人做带轮设计的时候容易忽略齿槽的圆角，其实每个齿槽的根部都要做0.1mm的圆角过渡，不然机加工的时候刀具在齿根位置容易留下应力集中点，带轮承受反复交变载荷的时候，齿根位置容易出现裂纹，尤其是用铝合金加工的带轮，应力集中的位置很容易在高速转动的时候断齿。另外带轮的端面要做0.1mm的退刀槽，不管是车床加工内孔还是滚齿加工齿形，退刀槽都能避免刀具在端面留下毛刺，装配的时候也不会刮伤安装人员的手。这个带轮的内孔公差按照H7级精度设计，和g6级精度的驱动轴配合，属于间隙很小的过渡配合，装配的时候不需要敲砸，轻轻推就能套到轴上，锁紧紧定螺钉之后不会有径向晃动，传动的时候动平衡更好，转速在每分钟300转以内的时候几乎没有振动，完全能满足小型设备的传动转速要求。