Strain wave gearing

Doorsnede van een harmonische tandwieloverbrenging.

1. ingangsas
2. golfgenerator
3. flexspline
4. circulaire spline
5. uitgangsas
6. behuizing

>

De theorie van de spanningsgolftandwieloverbrenging is gebaseerd op elastische dynamica en maakt gebruik van de flexibiliteit van metaal. Het mechanisme heeft drie basiscomponenten: een golfgenerator (2 / groen), een flexibele spline (3 / rood), en een ronde spline (4 / blauw). Complexere versies hebben een vierde component die gewoonlijk wordt gebruikt om de totale lengte te verkorten of om de tandwielreductie binnen een kleinere diameter te vergroten, maar volgen nog steeds dezelfde basisprincipes.

De golfgenerator bestaat uit twee afzonderlijke delen: een elliptische schijf genaamd een golfgeneratorplug en een buitenste kogellager. De elliptische plug wordt in het lager gestoken, waardoor het lager gedwongen wordt zich aan te passen aan de elliptische vorm, maar nog steeds rotatie van de plug binnen het buitenste lager mogelijk is.

De flex spline heeft de vorm van een ondiepe beker. De zijkanten van de spline zijn zeer dun, maar de bodem is relatief stijf. Dit resulteert in significante flexibiliteit van de wanden aan het open uiteinde als gevolg van de dunne wand, en in de gesloten zijde die vrij stijf is en in staat om stevig te worden vastgezet (aan een as, bijvoorbeeld). De tanden zijn radiaal geplaatst rond de buitenkant van de flex spline. De flex spline past strak over de golfgenerator, zodat wanneer de stop van de golfgenerator wordt gedraaid, de flex spline in de vorm van een roterende ellips wordt vervormd en niet over de buitenste elliptische ring van het kogellager uitglijdt. Het kogellager laat de flex spline onafhankelijk van de as van de golfgenerator draaien.

De cirkelvormige spline is een stijve cirkelvormige ring met tanden aan de binnenkant. De flex spline en de golfgenerator worden in de cirkelvormige spline geplaatst, waarbij de tanden van de flex spline en de cirkelvormige spline in elkaar grijpen. Omdat de flex spline vervormd is tot een elliptische vorm, grijpen zijn tanden alleen in twee gebieden aan tegenover de tanden van de cirkelspline (op de hoofdas van de ellips).

Aanname dat de golfgenerator de ingangsrotatie is. Als de golfgeneratorstekker draait, veranderen de tanden van de flex spline, die vermaasd zijn met die van de ronde spline, langzaam van positie. De belangrijkste as van de ellips van de flex spline roteert met de golfgenerator, zodat draaien de punten waar de tanden rond het centrumpunt in hetzelfde tempo als de schacht van de golfgenerator ineengrijpen. De sleutel tot het ontwerp van het spanningsgolftandwiel is dat er minder tanden zijn (vaak bijvoorbeeld twee minder) op de flex spline dan er zijn op de cirkelvormige spline. Dit betekent dat voor elke volledige omwenteling van de golfgenerator, de flex spline een klein bedrag (twee tanden in dit voorbeeld) achteruit met betrekking tot de cirkelvormige spline zou moeten roteren. Aldus resulteert de omwentelingsactie van de golfgenerator in een veel langzamere omwenteling van flex spline in de tegenovergestelde richting.

Voor een spanningsgolfoverbrengingsmechanisme kan de overbrengingsverhouding worden berekend uit het aantal tanden op elk tandwiel:

overbrengingsverhouding = tanden van de flex spline – tanden van de circulaire spline tanden tanden van de flex spline {\displaystyle {\text{overbrengingsverhouding}}={\frac {{tekst{tanden van de flexibele spline}}-{tekst{tanden van de circulaire spline}}}{{tekst{tanden van de flexibele spline}}00}

Bijv. als er 202 tanden op de circulaire spline zitten en 200 op de flex spline, dan is de reductieverhouding (200 – 202)/200 = -0.01

Dus de flex spline draait met 1/100 van de snelheid van de golfgenerator plug en in de tegengestelde richting. Verschillende reductieverhoudingen worden ingesteld door het aantal tanden te veranderen. Dit kan worden bereikt door de diameter van het mechanisme te veranderen of door de grootte van de afzonderlijke tanden te veranderen en zo de afmetingen en het gewicht te behouden. Het bereik van de mogelijke overbrengingsverhoudingen wordt beperkt door de grenzen van de tandgrootte voor een bepaalde configuratie.