Engrenage à ondes de déformation

Coupe transversale d’un engrenage harmonique.

1. arbre d’entrée
2. générateur d’ondes
3. flexspline
4. circulaire
5. arbre de sortie
6. logement

La théorie de l’engrenage à ondes de déformation est basée sur la dynamique élastique et utilise la flexibilité du métal. Le mécanisme comporte trois composants de base : un générateur d’ondes (2 / vert), une cannelure flexible (3 / rouge) et une cannelure circulaire (4 / bleu). Les versions plus complexes ont un quatrième composant normalement utilisé pour raccourcir la longueur totale ou pour augmenter la réduction de l’engrenage dans un diamètre plus petit, mais suivent toujours les mêmes principes de base.

Le générateur d’ondes est composé de deux parties distinctes : un disque elliptique appelé bouchon de générateur d’ondes et un roulement à billes extérieur. Le bouchon elliptique est inséré dans le roulement, forçant le roulement à se conformer à la forme elliptique mais permettant toujours la rotation du bouchon dans le roulement extérieur.

La cannelure flexible a la forme d’une tasse peu profonde. Les parois de la cannelure sont très fines, mais le fond est relativement rigide. Il en résulte une flexibilité importante des parois à l’extrémité ouverte en raison de la paroi mince, et un côté fermé assez rigide et capable d’être fixé de manière serrée (à un arbre, par exemple). Les dents sont positionnées radialement autour de l’extérieur de la cannelure flexible. La cannelure flexible s’adapte étroitement au générateur d’ondes, de sorte que lorsque l’on fait tourner le bouchon du générateur d’ondes, la cannelure flexible se déforme pour prendre la forme d’une ellipse rotative et ne glisse pas sur la bague elliptique extérieure du roulement à billes. Le roulement à billes laisse la cannelure flexible tourner indépendamment de l’arbre du générateur d’ondes.

La cannelure circulaire est un anneau circulaire rigide avec des dents à l’intérieur. La cannelure flexible et le générateur d’ondes sont placés à l’intérieur de la cannelure circulaire, en engrenant les dents de la cannelure flexible et de la cannelure circulaire. Comme la cannelure flexible est déformée en une forme elliptique, ses dents ne s’engrènent réellement avec les dents de la cannelure circulaire que dans deux régions sur les côtés opposés de la cannelure flexible (situées sur le grand axe de l’ellipse).

Supposons que le générateur d’ondes est la rotation d’entrée. Lorsque la fiche du générateur d’ondes tourne, les dents de la cannelure flexible qui sont engrenées avec celles de la cannelure circulaire changent lentement de position. Le grand axe de l’ellipse de la cannelure flexible tourne avec le générateur de vagues, de sorte que les points où les dents s’engrènent tournent autour du point central à la même vitesse que l’arbre du générateur de vagues. La clé de la conception de l’engrenage à ondes de déformation est qu’il y a moins de dents (souvent par exemple deux de moins) sur la cannelure flexible que sur la cannelure circulaire. Cela signifie que pour chaque rotation complète du générateur d’ondes, la cannelure flexible doit tourner légèrement (deux dents dans cet exemple) vers l’arrière par rapport à la cannelure circulaire. Ainsi, l’action de rotation du générateur d’ondes entraîne une rotation beaucoup plus lente de la cannelure flexible dans la direction opposée.

Pour un mécanisme d’engrenage à ondes de déformation, le rapport de réduction de l’engrenage peut être calculé à partir du nombre de dents de chaque engrenage :

rapport de réduction = dents de la cannelure flexible – dents de la cannelure circulaire dents de la cannelure flexible {\displaystyle {\text{rapport de réduction}}={\frac {{\text{ dents de la cannelure flexible}-{\text{ dents de la cannelure circulaire}}{\text{ dents de la cannelure flexible}}}}.

Par exemple, s’il y a 202 dents sur la cannelure circulaire et 200 sur la cannelure flexible, le ratio de réduction est (200 – 202)/200 = -0.01

Donc la cannelure flexible tourne à 1/100 de la vitesse de la fiche du générateur d’ondes et dans le sens opposé. Différents rapports de réduction sont définis en changeant le nombre de dents. Cela peut être réalisé soit en modifiant le diamètre du mécanisme, soit en modifiant la taille des dents individuelles et en préservant ainsi sa taille et son poids. La gamme des rapports de réduction possibles est limitée par les limites de taille des dents pour une configuration donnée.