Przekładnia z falą odkształceń

Przekrój poprzeczny przekładni harmonicznej.

1. wał wejściowy
2. generator fal
3. flexsplajn
4. splajn okrągły
5. wał wyjściowy
6. obudowa

Teoria przekładni z falą odkształcenia opiera się na dynamice sprężystej i wykorzystuje elastyczność metalu. Mechanizm ma trzy podstawowe komponenty: generator fali (2 / zielony), flex spline (3 / czerwony) i okrągły spline (4 / niebieski). Bardziej złożone wersje mają czwarty komponent zwykle używany do skrócenia całkowitej długości lub do zwiększenia redukcji biegów w mniejszej średnicy, ale nadal przestrzegają tych samych podstawowych zasad.

Generator fal składa się z dwóch oddzielnych części: eliptycznego dysku zwanego wtyczką generatora fal i zewnętrznego łożyska kulkowego. Eliptyczną wtyczkę wkłada się do łożyska, zmuszając łożysko do dostosowania się do eliptycznego kształtu, ale nadal umożliwiając obrót wtyczki w łożysku zewnętrznym.

Wypust elastyczny ma kształt płytkiego kielicha. Boki wielowypustu są bardzo cienkie, ale dno jest stosunkowo sztywne. Powoduje to znaczną elastyczność ścianek na otwartym końcu ze względu na cienką ściankę, a zamknięta strona jest dość sztywna i może być ciasno zamocowana (na przykład do wału). Zęby są rozmieszczone promieniście wokół zewnętrznej części flex-splinu. Klin elastyczny ściśle przylega do generatora fal, tak że podczas obracania wtyczki generatora fal klin elastyczny deformuje się do kształtu obracającej się elipsy i nie ślizga się po zewnętrznym eliptycznym pierścieniu łożyska kulkowego. Łożysko kulkowe umożliwia obracanie się wielowypustu elastycznego niezależnie od wału generatora fal.

Wypust okrągły to sztywny pierścień okrągły z zębami po stronie wewnętrznej. Klin giętki i generator fal są umieszczone wewnątrz okrągłego klina, zazębiając zęby klina giętkiego i klina okrągłego. Ponieważ klin giętki jest zdeformowany do kształtu eliptycznego, jego zęby zazębiają się z zębami klinów okrągłych tylko w dwóch regionach po przeciwnych stronach klina giętkiego (znajdujących się na osi głównej elipsy).

Zakłada się, że generator fal jest wejściowym elementem obrotowym. Ponieważ wtyczka generatora fal obraca się, zęby flex splajnu, które są zazębione z zębami okrągłego splajnu, powoli zmieniają położenie. Główna oś elipsy flex spline obraca się wraz z generatorem fal, więc punkty, w których zęby są zazębione, obracają się wokół punktu centralnego w tym samym tempie, co wał generatora fal. Kluczem do konstrukcji przekładni falowej jest to, że na wielowypustach giętkich jest mniej zębów (często np. o dwa mniej) niż na wielowypustach okrągłych. Oznacza to, że dla każdego pełnego obrotu generatora fal, wielowypust giętki musi obrócić się nieznacznie (w tym przykładzie o dwa zęby) do tyłu w stosunku do wielowypustu okrągłego. W ten sposób działanie obrotowe generatora fal powoduje znacznie wolniejszy obrót wielowypustu elastycznego w przeciwnym kierunku.

Dla mechanizmu przekładniowego z falą odkształceń, przełożenie redukcyjne można obliczyć na podstawie liczby zębów na każdym kole zębatym:

przełożenie redukcyjne = zęby flex spline – zęby circular spline zęby flex spline {{text{przełożenie redukcyjne}}={{frac {{text{zęby flex spline}}-{text{zęby circular spline}}}}{{text{zęby flex spline}}}}}}

Na przykład, jeśli na spline okrągłym są 202 zęby, a na flex spline 200, stosunek redukcji wynosi (200 – 202)/200 = -0.01

W ten sposób wielowypust giętki obraca się z prędkością 1/100 prędkości wtyczki generatora fal i w przeciwnym kierunku. Różne współczynniki redukcji ustawia się poprzez zmianę liczby zębów. Można to osiągnąć albo przez zmianę średnicy mechanizmu, albo przez zmianę wielkości poszczególnych zębów, zachowując w ten sposób jego wielkość i wagę. Zakres możliwych przełożeń jest ograniczony przez limity wielkości zębów dla danej konfiguracji.