同步带长度怎么算?
两段直线加两段圆弧:L = 2C·cos φ + π(D + d)/2 + φ(D − d),其中 φ = asin((D − d)/2C),D、d 为节圆直径(齿数 × 齿距 / π)。两轮相同时就是 2C + 齿数 × 齿距。
输入两个同步轮的齿数和两轴的距离:得到精确的同步带长度、能买到的最接近的闭口带、以及每条带对应的中心距——或者从手上的一条带出发,求出精确中心距。传动比、转速和啮合齿数一并给出,两个同步轮可以直接在 GT2 同步带轮生成器里打开。
GT2 闭口带只有整数齿;每条带对应一个中心距。
| 皮带 | 齿数 | 中心距 | 变化 |
|---|---|---|---|
| 358 mm | 179 | 148.86 | -1.14 |
| 360 mm | 180 | 149.86 | -0.14 |
| 370 mm | 185 | 154.87 | +4.87 |
| 386 mm | 193 | 162.88 | +12.88 |
每个同步轮都在 GT2 同步带轮生成器里打开、齿数已填好——在那里设孔径和带宽,下载 STL 打印或 STEP。
绕在两个轮上的皮带是两段直线加两段圆弧。设节圆直径 D(大轮)、d(小轮)——齿数 × 齿距 / π——中心距 C,直线段与中心连线的夹角为 φ。Gates 设计手册同时给出精确公式(公式 7)和常用的近似公式(公式 6)。本计算器用精确公式。
由带长反求中心距没有解析解。Gates 给了近似公式(公式 8),并说精确中心距要在两个公式之间迭代求得;本计算器直接数值求解精确方程(二分法到 10⁻¹² mm),两个方向的结果一致到最后一位。
d = z · p / π (节圆直径;GT2:p = 2 或 3 mm) φ = asin((D − d) / 2C) L = 2C · cos φ + π (D + d) / 2 + φ (D − d) 精确(Gates 公式 7,φ 用弧度) L ≈ 2C + 1.57 (D + d) + (D − d)² / 4C 近似(Gates 公式 6) C ≈ [K + √(K² − 32 (D − d)²)] / 16,K = 4L − 6.28 (D + d) 近似(Gates 公式 8) 啮合齿数 = 小轮齿数 · (180° − 2φ) / 360°
差多少?20 → 60 齿、中心距 150 mm 时两者差不到千分之一毫米;16 → 60 齿、45 mm 时近似公式差得更多。计算器两个都显示。已对照 Gates 5 mm 选型表验算(8 行,两个方向,精确到表的 0.01 英寸)。
节圆直径 40 / π = 12.732 mm 和 120 / π = 38.197 mm;φ = asin(25.465 / 300) = 4.869°。精确带长 381.081 mm——190.54 齿,没有正好的闭口带。有货的最接近的是 370 mm(185 齿),对应中心距 144.438 mm,和 386 mm(193 齿),对应 152.468 mm——选调节范围够得着的那条,或者按带调整轴距。
传动比 1 : 3:电机 600 rpm 时 60 齿轮转 200 rpm,带速 20 × 2 mm × 600 / 60 = 0.4 m/s。皮带包住小轮 170.26°,20 个齿里有 9 个啮合——Gates 手册的额定值按至少 6 个算。
闭口带是整数齿,所以长度总是偶数毫米——但不是每个偶数长度都有货。下面是两家列出的长度:Ondrives 的 2GT 闭口带(厂家目录,4 mm 和 6 mm 宽),以及 VXB 给 3D 打印机卖的 6 mm 闭口带。计算器就从这张表里挑最接近的带。
比这些更长,或者没人备货的长度:用开口带按长度剪、两头夹住,打印机的 X/Y 轴就是这样。
| 带长 | 齿数 | 出处 |
|---|---|---|
| 110 mm | 55 | VXB |
| 112 mm | 56 | VXB |
| 122 mm | 61 | VXB |
| 154 mm | 77 | Ondrives |
| 158 mm | 79 | VXB |
| 176 mm | 88 | Ondrives |
| 182 mm | 91 | Ondrives |
| 188 mm | 94 | Ondrives |
| 200 mm | 100 | VXB |
| 210 mm | 105 | Ondrives |
| 258 mm | 129 | Ondrives |
| 280 mm | 140 | VXB |
| 282 mm | 141 | Ondrives |
| 290 mm | 145 | Ondrives |
| 300 mm | 150 | VXB |
| 302 mm | 151 | Ondrives |
| 320 mm | 160 | Ondrives |
| 322 mm | 161 | Ondrives |
| 332 mm | 166 | Ondrives |
| 340 mm | 170 | Ondrives |
| 346 mm | 173 | Ondrives |
| 358 mm | 179 | Ondrives |
| 360 mm | 180 | Ondrives |
| 370 mm | 185 | Ondrives |
| 386 mm | 193 | Ondrives |
| 400 mm | 200 | VXB |
| 420 mm | 210 | Ondrives |
| 426 mm | 213 | Ondrives |
| 430 mm | 215 | Ondrives |
| 444 mm | 222 | Ondrives |
| 448 mm | 224 | Ondrives |
| 460 mm | 230 | Ondrives |
| 478 mm | 239 | Ondrives |
| 484 mm | 242 | Ondrives |
| 486 mm | 243 | Ondrives |
| 506 mm | 253 | Ondrives |
| 544 mm | 272 | Ondrives |
| 600 mm | 300 | Ondrives |
| 610 mm | 305 | VXB |
| 616 mm | 308 | Ondrives |
| 630 mm | 315 | Ondrives |
| 852 mm | 426 | VXB |
Gates 手册(II-9 节)给出了中心距需要的调节量:装带时要缩短,张紧和长期使用要能拉长。125–250 mm 的带,两个方向各 0.8 mm;250–500 mm,缩 1.0 mm、拉 0.8 mm;500–1000 mm,缩 1.8 mm、拉 0.8 mm——要越过带挡边的轮还要更多。
固定中心距只适合轻载传动:Gates 要求误差控制在 0.05–0.08 mm,轴不能动时建议在松边加张紧轮。3D 打印机上就是常见的皮带张紧器。
两段直线加两段圆弧:L = 2C·cos φ + π(D + d)/2 + φ(D − d),其中 φ = asin((D − d)/2C),D、d 为节圆直径(齿数 × 齿距 / π)。两轮相同时就是 2C + 齿数 × 齿距。
260.41 mm——130.2 齿。有货的最接近的闭口带是 258 mm(129 齿),对应中心距 98.79 mm,和 280 mm(140 齿),对应 109.82 mm。
正好 80 mm:两轮相同时 C = (L − z·p) / 2 = (200 − 40) / 2。
闭口(环形)带没有接头、只有整数齿,所以中心距跟着带走。开口带按长度剪、两头夹住——3D 打印机的 X/Y 轴用的就是开口带,两端固定在滑车上。
Ondrives:紧到最大负载时松边仍然绷直——一有下垂或抖动就是太松。Gates 用把跨距压下(每英寸跨距 1/64 英寸)所需的力来量。
转一圈走 齿数 × 2 mm 皮带:20 齿是 40 mm。200 步电机 16 细分一圈 3200 步:3200 / 40 = 80 steps/mm。
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