Töjningsvågsväxlar

Tvärsnitt av en harmonisk växel.

1. ingångsaxel
2. våggenerator
3. flexspline
4. cirkulär spline
5. utgångsaxel
6. hus

Töjningsvågsväxlingsteorin bygger på elastisk dynamik och utnyttjar metallens flexibilitet. Mekanismen har tre grundläggande komponenter: en våggenerator (2/grön), en flexspline (3/röd) och en cirkulär spline (4/blå). Mer komplexa versioner har en fjärde komponent som normalt används för att förkorta den totala längden eller för att öka växelreduktionen inom en mindre diameter, men följer fortfarande samma grundprinciper.

Våggeneratorn består av två separata delar: en elliptisk skiva som kallas våggeneratorplugg och ett yttre kullager. Den elliptiska pluggen sätts in i lagret, vilket tvingar lagret att anpassa sig till den elliptiska formen, men tillåter fortfarande rotation av pluggen i det yttre lagret.

Flexsplinten är formad som en grund kopp. Sidorna på splinten är mycket tunna, men botten är relativt styv. Detta resulterar i en betydande flexibilitet hos väggarna i den öppna änden på grund av den tunna väggen, och i att den slutna sidan är ganska styv och kan fästas tätt (t.ex. på en axel). Tänderna är placerade radiellt runt flexsplintens utsida. Flexsplinten passar tätt över våggeneratorn, så att när våggeneratorpluggen roteras deformeras flexsplinten till formen av en roterande ellips och inte glider över den yttre elliptiska ringen i kullagret. Kullagret låter flexsplinten rotera oberoende av våggeneratorns axel.

Den cirkulära splinten är en styv cirkulär ring med tänder på insidan. Flexsplinten och våggeneratorn placeras inuti den cirkulära splinten, vilket gör att tänderna på flexsplinten och den cirkulära splinten griper in i varandra. Eftersom flexsplinten är deformerad till en elliptisk form, är det endast i två områden på motsatta sidor av flexsplinten (belägna på ellipsens huvudaxel) som dess tänder faktiskt griper in i tänderna på den cirkulära splinten.

Antag att våggeneratorn är ingångsrotationen. När våggeneratorns plugg roterar ändrar de tänder i flexsplinten som är maskade med tänderna i den cirkulära splinten sakta sin position. Den stora axeln på flexsplintens ellips roterar med våggeneratorn, så de punkter där tänderna griper in i varandra roterar runt mittpunkten i samma takt som våggeneratorns axel. Nyckeln till utformningen av spänningsvågsväxeln är att det finns färre tänder (ofta till exempel två färre) på flexsplinten än på den cirkulära splinten. Detta innebär att för varje full rotation av våggeneratorn krävs att den böjliga splinten roterar en liten bit (två tänder i det här exemplet) bakåt i förhållande till den cirkulära splinten. Våggeneratorns rotation resulterar alltså i en mycket långsammare rotation av den böjliga splinten i motsatt riktning.

För en växelmekanism för spänningsvågor kan reduktionsförhållandet beräknas utifrån antalet tänder på varje kugghjul:

reduktionsförhållande = tänder på flexsplines – tänder på cirkelsplines tänder på flexsplines tänder på flexsplines {\displaystyle {\text{reduktionsförhållande}}={\frac {{\text{tänder på flexsplines}}}-{\text{tänder på cirkelsplines}}}{\text{tänder på flexsplines}}}}

Till exempel, om det finns 202 tänder på den cirkulära splinten och 200 på flexsplinten är reduktionsförhållandet (200 – 202)/200 = -0.01

Därmed snurrar flexsplinten med 1/100 av våggeneratorpluggens hastighet och i motsatt riktning. Olika reduktionsförhållanden ställs in genom att ändra antalet tänder. Detta kan antingen åstadkommas genom att ändra mekanismens diameter eller genom att ändra storleken på de enskilda tänderna och därigenom bevara dess storlek och vikt. Utbudet av möjliga utväxlingsförhållanden begränsas av gränserna för tandstorleken för en viss konfiguration.