Z punktu widzenia inżynierii mechanicznej, prowadzenie zębatego paska rozrządu po gładkim kole zębatym po stronie zęba jest geometrycznie nieoptymalne. Choć skutki tego zjawiska nie zawsze są od razu widoczne w zastosowaniach drukarek 3D o niskim obciążeniu, mechanika leżąca u jego podstaw jest dobrze znana.

Efektywna średnica podziałowa i geometria taśmy

Gdy pasek zębaty owija się wokół gładkiego koła pasowego po stronie zęba, zęby paska nie mogą się prawidłowo zazębić. Zamiast tego każdy ząb jest zmuszony do odkształcenia się podczas przechodzenia przez powierzchnię koła pasowego. Powoduje to:

• Mikrolifting i ponowne osadzenie każdego zęba
• Zmiana efektywnej średnicy podziałowej
• Nieznaczne wydłużenie efektywnej ścieżki taśmy
• Zwiększone wibracje lokalne
• Przyspieszone zużycie boku zęba

Nie jest to zjawisko poślizgu. Pasek nie ślizga się - stale dostosowuje swoją geometrię do powierzchni, która nie pasuje do jego profilu. Z biegiem czasu to powtarzające się odkształcenie zwiększa naprężenia mechaniczne w kordach rozciągających i strukturze zęba.

Zębate koła zębate utrzymują prawidłową geometrię skoku

Zębate koło pasowe (zębatka), które pasuje do profilu paska (np. 2GT / GT2 / GT3), zachowuje zaprojektowaną podziałkę. Pasek zazębia się czysto z rowkami koła pasowego, zachowując swoje właściwości:

• Stała średnica podziałowa
• Brak wymuszonej deformacji zębów
• Zmniejszone naprężenia cykliczne
• Poprawiona spójność pozycji

Pod warunkiem, że:

• Używany jest prawidłowy profil taśmy
• Minimalna liczba zębów koła pasowego i specyfikacje promienia gięcia są przestrzegane

system działa zgodnie z parametrami mechanicznymi określonymi przez producenta.

Dlaczego ten problem często pozostaje niezauważony w drukarkach 3D?

W typowych desktopowych drukarkach 3D:

• Prędkości taśmy są umiarkowane
• Obciążenia mechaniczne są stosunkowo niskie
• Cykle pracy są przerywane

W takich warunkach negatywne skutki mogą nie objawiać się od razu w postaci awarii. Brak widocznych problemów nie oznacza jednak optymalnej konstrukcji mechanicznej. Oznacza to po prostu, że aplikacja działa znacznie poniżej progu awaryjności.

Specyfikacje producenta Gates

Firma Gates opublikowała szczegółowy plik PDF, w którym wymieniono wszystkie elementy związane z pasami:
https://www.gates.com/content/dam/documents-library/catalogs/light-power-and-precision-manual.pdf

Zalecenia producenta dotyczące rozmiaru koła zębatego

Strona 68 dotyczy zalecanych rozmiarów kół zębatych/koł pasowych.

Powyższa ilustracja podsumowuje wytyczne producenta dotyczące doboru rozmiaru koła zębatego paska rozrządu. Rozróżnia on trzy konfiguracje:

• Wewnętrzne koło zębate (koło zębate po stronie zęba)
• Backside Idler (gładkie koło pasowe z tyłu paska)
• Wewnętrzne płaskie koło pasowe (gładkie koło pasowe po stronie zęba)

Dla Paski 2MGT / 2GT, Kluczowe zalecenia są następujące:

• Minimum wewnętrzne koło zębate: 12 zębów
• Minimum tylne gładkie koło zębate: Średnica zewnętrzna 0,50″ (12,7 mm)
• Minimum wewnętrzne płaskie koło zębate: Średnica zewnętrzna 1,00″ (25,4 mm)

Krytycznym rozróżnieniem jest ząbkowany i gładki kontakt po stronie zęba paska.

Zębate wewnętrzne koło pasowe jest dozwolone przy stosunkowo małych rozmiarach (minimum 12 rowków), ponieważ zęby paska prawidłowo zazębiają się z profilem koła pasowego i utrzymują stałą geometrię podziałową.

Gładkie koło zębate po stronie zęba, wymaga jednak znacznie większej średnicy. Wytyczne określają, że jego średnica zewnętrzna musi być równoważna średnicy podziałowej koła zębatego z 40 rowkami o tej samej podziałce. W przypadku 2MGT odpowiada to około 25,4 mm.

Zalecenie to istnieje, ponieważ gładki kontakt po stronie zęba zmusza zęby paska do odkształcania się podczas przechodzenia przez koło pasowe, potencjalnie zwiększając zużycie i hałas. Większe średnice zmniejszają naprężenia zginające i odkształcenia zębów.

Koła zębate tylne podlegają innym zasadom, ponieważ tył paska jest płaski i nie opiera się na geometrii zazębienia.

Specyfikacje te opierają się na zachowaniu zmęczeniowym, rozkładzie naprężeń linki i długoterminowej trwałości paska - a nie na natychmiastowej awarii funkcjonalnej.

Praktyczne implikacje dla Prusa XL

Korzystanie z kół zębatych po stronie zębów:

• Zachowuje prawidłową geometrię paska
• Zmniejsza długotrwałe zużycie
• Minimalizuje mikrowibracje
• Dostosowanie systemu do ustalonych zasad projektowania paska rozrządu

Gładkie koła zębate po stronie zęba działają w praktyce - ale stanowią raczej kompromis niż idealne rozwiązanie pod względem mechanicznym.

W przypadku precyzyjnego systemu ruchu, takiego jak Prusa XL, utrzymanie prawidłowego zazębienia paska jest technicznie czystszym podejściem.

Pobierz “Prusa XL zmodyfikowany lewy i prawy wózek Y dla kół pasowych zębatych o szerokości 10 mm (dla nowych o-ringów / podkładek)” na Printables

Kolumna	Znaczenie	2MGT Minimum	Prusa XL (20T)
Wewnętrzne koło zębate (zębate)	Zębate koło pasowe po stronie zęba	12 zębów	Powyżej specyfikacji (20T)
Tylne koło pośrednie	Gładkie koło pasowe z tyłu paska	0,50″ (12,7 mm) O.D.	Prawdopodobna zgodność
Wewnętrzne płaskie koło zębate	Gładkie koło zębate po stronie zęba	1,00″ (25,4 mm) O.D.	❌ Ma znaczenie tylko wtedy, gdy jest gładki... Dlatego powinieneś używać ząbkowanego!