Ingranaggio ad onda di deformazione

Sezione trasversale di un ingranaggio armonico.

1. albero d’entrata
2. generatore d’onda
3. flexspline
4. spline circolare
5. albero d’uscita
6. alloggiamento

La teoria degli ingranaggi ad onda di deformazione è basata sulla dinamica elastica e utilizza la flessibilità del metallo. Il meccanismo ha tre componenti di base: un generatore di onde (2 / verde), una spline flex (3 / rosso), e una spline circolare (4 / blu). Versioni più complesse hanno un quarto componente normalmente utilizzato per accorciare la lunghezza complessiva o per aumentare la riduzione degli ingranaggi all’interno di un diametro più piccolo, ma ancora seguono gli stessi principi di base.

Il generatore di onde è costituito da due parti separate: un disco ellittico chiamato spina generatore di onde e un cuscinetto a sfere esterno. La spina ellittica è inserita nel cuscinetto, costringendo il cuscinetto a conformarsi alla forma ellittica ma permettendo ancora la rotazione della spina all’interno del cuscinetto esterno.

Il flex spline ha la forma di una tazza poco profonda. I lati della spline sono molto sottili, ma il fondo è relativamente rigido. Questo si traduce in una significativa flessibilità delle pareti all’estremità aperta a causa della parete sottile, e nel lato chiuso che è abbastanza rigido e può essere fissato saldamente (ad un albero, per esempio). I denti sono posizionati radialmente intorno all’esterno della scanalatura flessibile. Il flex spline si adatta strettamente al generatore di onde, in modo che quando la spina del generatore di onde viene ruotata, il flex spline si deforma a forma di ellisse rotante e non scivola sull’anello ellittico esterno del cuscinetto a sfere. Il cuscinetto a sfere permette alla flex spline di ruotare indipendentemente dall’albero del generatore di onde.

La spline circolare è un anello circolare rigido con denti all’interno. La spline flessibile e il generatore di onde sono posizionati all’interno della spline circolare, ingranando i denti della spline flessibile e della spline circolare. Poiché la spline flessibile è deformata in una forma ellittica, i suoi denti si ingranano effettivamente con i denti della spline circolare solo in due regioni sui lati opposti della spline flessibile (situati sull’asse maggiore dell’ellisse).

Assumiamo che il generatore di onde sia la rotazione di ingresso. Mentre la spina del generatore d’onda ruota, i denti della flex spline che sono ingranati con quelli della spline circolare cambiano lentamente posizione. L’asse maggiore dell’ellisse della flex spline ruota con il generatore d’onde, quindi i punti in cui i denti si ingranano ruotano intorno al punto centrale alla stessa velocità dell’albero del generatore d’onde. La chiave del design dell’ingranaggio ad onda di deformazione è che ci sono meno denti (spesso per esempio due in meno) sulla spline flessibile che non sulla spline circolare. Questo significa che per ogni rotazione completa del generatore di onde, la scanalatura flessibile dovrebbe ruotare una piccola quantità (due denti in questo esempio) all’indietro rispetto alla scanalatura circolare. Quindi l’azione di rotazione del generatore d’onde si traduce in una rotazione molto più lenta della spline flessibile nella direzione opposta.

Per un meccanismo di ingranaggio ad onde di tensione, il rapporto di riduzione può essere calcolato dal numero di denti su ogni ingranaggio:

rapporto di riduzione = denti della scanalatura flessibile – denti della scanalatura circolare denti della scanalatura flessibile {displaystyle {{testo{rapporto di riduzione}}={frac {{testo{denti della scanalatura flessibile}-{testo{denti della scanalatura circolare}}{denti della scanalatura flessibile}}}}