同步带轮的齿形及同步带轮滚刀的设计方法

目的：研究分析梯形齿同步带轮，圆弧齿同步带轮的结构，对传动的有什么影响，同步带轮的齿形如何设计，滚刀的设计及同步带轮齿形设计计算公式。

问题关键点：同步带轮齿形，同步带轮滚刀齿形，同步带轮设计，同步带轮计算分析

同步带轮及同步带目前在自动化设备领域已经普遍推广使用了，同步带传动使用范围***广，综合了所有胶带类传动的优点，不管是广东珠三角的轻工业，还是北方的重工业，都能选到型，同步带规格上万种，同步带在食品加工机械，玻璃机械，陶瓷机械，数控机械，农机等领域都普遍性应用，还包括一些比较旧的机械都在将原有的三角带传动改为如今的同步带配同步带轮来传动，国际上普遍上都是用英制的同步带轮配同步带来传动，而我国一般采用的是模数制同步带来传动，就目前工程师在选型时基本都是参照国际标准来设计的，就国标模数制同步带在国内显能就没推广好，使用率不高，绝大部分同步带轮及同步带加工厂跟本就没有模数制的刀具及模具，就目前比较流行使用的几种齿有STPD型的高扭矩同步带轮、AT型的同步带轮、HTD型的全圆弧齿同步带轮，还有在机械手上用得比较多的RPP型同步带轮。

以上我们是先了解同步带轮的使用状况，现在我们来谈下节距制同步带轮齿形尺寸以及滚刀设计，同步带轮齿形设计是依据同步带轮滚的设计需求再定同步带轮的齿形尺寸，下面我们一起来分析下同步带轮及同步带轮滚刀的一种设计方法。

1. 同步带轮齿形设计的***要素分析

同步带轮因没有齿轮使用广泛，节距制同步带轮齿形的一些参数的计算和设计并没有成熟的计算程序和公式，对目前国内来说还没有能自主设计比较复杂的齿形，也没有专门的小组来研究，同步带轮齿形的研发是一片空白，同步带轮齿形设计需要跟据传动的工作原理来设计，设计同步带轮齿形先要设计同步带轮的滚刀，只有同步带轮的滚刀可行才能作同步带轮的齿形作进一步设计。

同步带轮的齿形结构见图A，图中的Do是节圆外径，Paa节距，它们是同步带传动的设计基准，其中节距误差直接影响传动的同步性，寿命等，D是带轮的外径，它是同步带传动的工作基准，保证了同步带传动节线和节圆外径相切并纯滚动，2∮为齿形角，Do,D, 2∮在同步带传动有关标准中有具体规定。

图A中的齿顶圆解半径rt影响同步带齿根应力集中的大小，齿根圆角半径rb对于传动的啮合性能有影响，齿厚Sg关系到齿侧间隙，影响齿顶和齿根圆角半径。这些也都没有明确规定Sg,rt,rb,rg的尺寸，它们由滚刀处于上下正确位置下切出的尺寸确定，这些就是同步带轮齿形设计的主要问题之一。

同步带轮的齿形可以是直边齿，也可以是渐开线齿形，鉴于渐开线齿形的加工工艺性较好，国外一般均采用渐开线齿形，虽同是渐开线齿形，但从图A中可以看出，同步带轮的齿形与一般齿轮齿形相比是不同的，同步带轮节圆在齿顶圆外，齿高度明显较小，齿形曲线趋近于直线，这样同步带轮齿开设计的另一个要素就是要计算出在正确的对刀尺寸条件下，同步带轮应切出的正确齿厚尺寸，以保证设计需要的齿厚和齿顶圆角半径，受力深度的合理性，在同步带轮图上应标注出固定弦齿厚测量尺寸，显然，其计算公式不能套用齿轮的计算方法。

2.同步带轮滚刀齿形设计的***要素分析

同步带轮因齿形不同于齿轮渐开线齿形，而是特殊的渐开线齿形，所以节距制同步带轮滚刀设计本质上就是齿轮滚刀的设计，这也是同步带轮齿形采用渐开线的原因之一，然而，由于齿形的特殊性，也使得同步带轮滚刀设计有其特殊的地方，这也就是同步带轮滚刀设计的***要素，下面来作分析。

和齿轮的滚刀不一样，同步带轮齿顶圆角半径rt须用滚切方法完成，滚刀在进给完毕后，既要切出正确的齿厚，也要加工出正确的rt.这样齿厚的保证就不能通过齿条刀移距来得以修证，为了保证同步带轮的正确啮合，同步带和同步带轮的基准应位于同一节点上，因此，同步带轮滚刀设计的主要任务就是，在滚刀中心至同步带轮中心距正确的前提下，保证设计需要的齿厚和齿顶圆角半径。

由于同步带轮齿形不同于一般的齿轮齿形，故和切制标准齿轮时的齿轮滚刀相比有一移距量，加工出来的齿形是特殊的变位齿轮齿形，基变位量不是滚刀相对于同步带轮移距，而是切制滚刀本身需要一移距量，计算滚刀的变位量就是同步带轮滚刀设计的重要要素之一了，也是和一般齿轮滚刀设计不同之处。

在ISO 5294-1979 同步带轮动中对同步带轮齿形尺寸没有规定，只是规定了加工渐开线齿条刀具的主要尺寸，但是，这种齿条刀是标准齿条刀，即切出的带轮与同步带轮之间既无齿侧间隙，也是无齿顶间隙，因此，应该在标准齿条刀的基础上考虑带轮与同步带间有适宜的齿侧间隙和齿顶间隙，这是带轮滚刀设计的双一重要因素。

3.同步带轮齿形和滚刀进行设计

在同步带轮传动中规定了带轮的齿槽和同步带的理论齿厚之间应有的齿隙Cm,经计算可以看出，在同步带轮传动中标准中规定的直边齿形同步带轮的齿槽尺寸满足齿隙Cm,同时可以看出直边齿齿槽在和同步带啮合时也具有足够的齿顶间隙，因此以直边齿齿槽为基础进行同步带轮齿条刀的齿形设计是以能满足适当的齿侧间隙和齿顶间隙的。

图B中表示了同步带轮滚刀齿形基本参数，图中a为节距线至刀齿底边距离，hr是齿高，bg是齿顶宽，Ao是齿条刀压力角，这些尺寸按直边齿齿槽尺寸给出，Pd是节距宽，同步带轮的正确啮合条件是齿条刀节线和带轮相切，且节距相等，因此，齿条刀中线相对于节点有一移距***：