- eingang welle
- welle generator
- flexspline
- circular spline
- ausgang welle
- gehäuse
Die belastung welle gearing theorie basiert auf elastische dynamik und nutzt die flexibilität von metall. Der Mechanismus besteht aus drei Grundkomponenten: einem Wellengenerator (2 / grün), einem Flex-Spline (3 / rot) und einem kreisförmigen Spline (4 / blau). Komplexere Versionen haben eine vierte Komponente, die normalerweise verwendet wird, um die Gesamtlänge zu verkürzen oder die Untersetzung innerhalb eines kleineren Durchmessers zu erhöhen, aber immer noch den gleichen Grundprinzipien folgt.
Der Wellengenerator besteht aus zwei getrennten Teilen: einer elliptischen Scheibe, die als Wellengeneratorstecker bezeichnet wird, und einem äußeren Kugellager. Der elliptische Stecker wird in das Lager eingeführt, wodurch das Lager gezwungen wird, sich an die elliptische Form anzupassen, aber dennoch eine Drehung des Steckers innerhalb des äußeren Lagers ermöglicht wird.
Der Flex-Spline hat die Form einer flachen Schale. Die Seiten des Splines sind sehr dünn, aber der Boden ist relativ steif. Dies führt zu einer erheblichen Flexibilität der Wände am offenen Ende aufgrund der dünnen Wandung und dazu, dass die geschlossene Seite ziemlich starr ist und fest (beispielsweise an einer Welle) befestigt werden kann. Die Zähne sind radial um die Außenseite der Flexverzahnung angeordnet. Die flex spline passt fest über die welle generator, so, dass, wenn die welle generator stecker ist gedreht, die flex spline verformt, um die form einer rotierenden ellipse und nicht slip über die äußere elliptische ring der kugellager. Das Kugellager lässt den Flex Spline unabhängig von der Welle des Wellengenerators rotieren.
Der Circular Spline ist ein starrer Kreisring mit innenliegenden Zähnen. Der Flex-Spline und der Wellengenerator befinden sich innerhalb des kreisförmigen Splines und greifen in die Zähne des Flex-Splines und des kreisförmigen Splines ein. Da der Flex-Spline in eine elliptische Form verformt wird, kämmen seine Zähne nur in zwei Bereichen auf gegenüberliegenden Seiten des Flex-Splines (auf der Hauptachse der Ellipse) tatsächlich mit den Zähnen des kreisförmigen Splines.
Angenommen, der Wellengenerator ist die Eingangsdrehung. Wenn sich der Wellengeneratorstecker dreht, ändern die Flex-Spline-Zähne, die mit denen des kreisförmigen Splines in Eingriff stehen, langsam ihre Position. Die Hauptachse der Ellipse des Flex-Splines dreht sich mit dem Wellengenerator, sodass sich die Punkte, an denen die Zähne ineinander greifen, mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Welle des Wellengenerators um den Mittelpunkt drehen. Der Schlüssel zum Design des Dehnungswellengetriebes ist, dass es weniger Zähne (oft zum Beispiel zwei weniger) auf dem Flex-Spline gibt als auf dem kreisförmigen Spline. Dies bedeutet, dass für jede volle Umdrehung des Wellengenerators der Flex-Spline einen geringen Betrag (in diesem Beispiel zwei Zähne) relativ zum kreisförmigen Spline nach hinten drehen müsste. Somit führt die Rotationswirkung des Wellengenerators zu einer viel langsameren Drehung des Flex-Splines in die entgegengesetzte Richtung.
Bei einem Dehnungswellengetriebe kann das Untersetzungsverhältnis des Getriebes aus der Anzahl der Zähne an jedem Zahnrad berechnet werden:
untersetzungsverhältnis = flex spline zähne − rund spline zähne flex spline zähne {\displaystyle {\text{untersetzungsverhältnis}}={\frac {{\text{flex spline zähne}}-{\text{rund spline zähne}}}{\text{flex spline zähne}}}}
Zum beispiel, wenn es sind 202 zähne auf die rund spline und 200 auf die flex spline, die reduktion verhältnis ist (200 − 202)/200 = -0.01
Somit dreht sich der Flex-Spline mit 1/100 der Geschwindigkeit des Wellengeneratorsteckers und in die entgegengesetzte Richtung. Durch Veränderung der Zähnezahl werden unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse eingestellt. Dies kann entweder durch Änderung des Durchmessers des Mechanismus oder durch Änderung der Größe der einzelnen Zähne unter Beibehaltung von Größe und Gewicht erreicht werden. Der Bereich der möglichen Übersetzungsverhältnisse ist durch Zahngrößenbeschränkungen für eine gegebene Konfiguration begrenzt.