Tårebølgegear

Tværsnit af et harmonisk tandhjul.

1. indgangsaksel
2. bølgegenerator
3. flexspline
4. cirkulær spline
5. udgangsaksel
6. hus

Theorien om strain wave gearing er baseret på elastisk dynamik og udnytter metallets fleksibilitet. Mekanismen har tre grundlæggende komponenter: en bølgegenerator (2/grøn), en flex spline (3/rød) og en cirkulær spline (4/blå). Mere komplekse versioner har en fjerde komponent, der normalt anvendes til at forkorte den samlede længde eller for at øge gearreduktionen inden for en mindre diameter, men følger stadig de samme grundlæggende principper.

Bølgegeneratoren består af to separate dele: en elliptisk skive kaldet en bølgegeneratorprop og et ydre kugleleje. Den elliptiske prop indsættes i lejet, hvilket tvinger lejet til at tilpasse sig den elliptiske form, men tillader stadig rotation af proppen i det ydre leje.

Den fleksible spline er formet som en lavvandet kop. Siderne af splinten er meget tynde, men bunden er relativt stiv. Dette resulterer i en betydelig fleksibilitet i væggene i den åbne ende på grund af den tynde væg, og i at den lukkede side er ret stiv og kan fastgøres stramt (f.eks. til en aksel). Tænderne er anbragt radialt rundt om ydersiden af flexsplinten. Flexsplinten sidder tæt på bølgegeneratoren, således at flexsplinten, når bølgegeneratorproppen drejes, deformeres til formen af en roterende ellipse og ikke glider over kuglelagerets ydre elliptiske ring. Kuglelejet lader flexsplinten rotere uafhængigt af bølgegeneratorens aksel.

Den cirkulære spline er en stiv cirkulær ring med tænder på indersiden. Flexsplinten og bølgegeneratoren er placeret inde i den cirkulære spline, så tænderne på flexsplinten og den cirkulære spline griber ind i hinanden. Da flexsplinten er deformeret til en elliptisk form, griber dens tænder faktisk kun ind i tænderne på den cirkulære spline i to områder på modsatte sider af flexsplinten (placeret på ellipsens hovedakse).

Antag, at bølgegeneratoren er den indgående rotation. Efterhånden som bølgegeneratorproppen roterer, skifter de flex spline-tænder, som er indgrebet med tænderne i den cirkulære spline, langsomt position. Den store akse af flexsplineens ellipse roterer sammen med bølgegeneratoren, så de punkter, hvor tænderne griber ind i hinanden, roterer omkring midtpunktet med samme hastighed som bølgegeneratorens aksel. Nøglen til udformningen af strain wave gearet er, at der er færre tænder (ofte f.eks. to færre) på flex spline end på den cirkulære spline. Det betyder, at for hver fuld omdrejning af bølgegeneratoren skal den fleksible spline drejes en lille smule (to tænder i dette eksempel) bagud i forhold til den cirkulære spline. Bølgegeneratorens rotation resulterer således i en meget langsommere rotation af den fleksible spline i den modsatte retning.

For en strain wave gearmekanisme kan gearingens reduktionsforhold beregnes ud fra antallet af tænder på hvert tandhjul:

reduktionsforhold = flex spline tænder – cirkulær spline tænder flex spline tænder {\displaystyle {\text{reduktionsforhold}}}={\frac {{\text{flex spline tænder}}}-{\text{cirkulær spline tænder}}}{\text{flex spline tænder}}}}

For eksempel, hvis der er 202 tænder på den cirkulære spline og 200 på den fleksible spline, er reduktionsforholdet (200 – 202)/200 = -0.01

Sådan snurrer den fleksible spline med 1/100 af hastigheden på bølgegeneratorstikket og i den modsatte retning. Forskellige reduktionsforhold indstilles ved at ændre antallet af tænder. Dette kan enten opnås ved at ændre mekanismens diameter eller ved at ændre størrelsen af de enkelte tænder og dermed bevare dens størrelse og vægt. Rækken af mulige gearforhold er begrænset af grænserne for tandstørrelsen for en given konfiguration.