- arbre d’entrée
- générateur d’ondes
- flexspline
- cannelure circulaire
- arbre de sortie
- boîtier
La théorie de l’engrenage à ondes de contrainte est basée sur la dynamique élastique et utilise la flexibilité du métal. Le mécanisme comporte trois composants de base : un générateur d’ondes (2/ vert), une spline flexible (3/ rouge) et une spline circulaire (4/ bleu). Les versions plus complexes ont un quatrième composant normalement utilisé pour raccourcir la longueur totale ou pour augmenter la réduction de vitesse dans un diamètre plus petit, mais suivent toujours les mêmes principes de base.
Le générateur d’ondes est composé de deux parties distinctes: un disque elliptique appelé bouchon générateur d’ondes et un roulement à billes extérieur. Le bouchon elliptique est inséré dans le roulement, forçant le roulement à se conformer à la forme elliptique tout en permettant la rotation du bouchon dans le roulement extérieur.
La cannelure flexible a la forme d’une coupe peu profonde. Les côtés de la cannelure sont très fins, mais le fond est relativement rigide. Il en résulte une flexibilité importante des parois à l’extrémité ouverte due à la paroi mince, et dans le côté fermé étant assez rigide et pouvant être fixé de manière étanche (à un arbre par example). Les dents sont positionnées radialement autour de l’extérieur de la cannelure flexible. La cannelure flexible s’adapte étroitement au générateur d’ondes, de sorte que lorsque le bouchon du générateur d’ondes est tourné, la cannelure flexible se déforme en forme d’ellipse rotative et ne glisse pas sur la bague elliptique extérieure du roulement à billes. Le roulement à billes permet à la cannelure flexible de tourner indépendamment de l’arbre du générateur d’ondes.
La cannelure circulaire est un anneau circulaire rigide avec des dents à l’intérieur. La cannelure flexible et le générateur d’ondes sont placés à l’intérieur de la cannelure circulaire, engrenant les dents de la cannelure flexible et de la cannelure circulaire. Du fait que la cannelure flexible est déformée en une forme elliptique, ses dents ne s’engrènent réellement qu’avec les dents de la cannelure circulaire dans deux régions de côtés opposés de la cannelure flexible (situées sur le grand axe de l’ellipse).
Supposons que le générateur d’ondes est la rotation d’entrée. Lorsque le bouchon du générateur d’ondes tourne, les dents de la cannelure flexible qui sont en prise avec celles de la cannelure circulaire changent lentement de position. L’axe principal de l’ellipse de la spline flexible tourne avec le générateur d’ondes, de sorte que les points où la maille des dents tournent autour du point central à la même vitesse que l’arbre du générateur d’ondes. La clé de la conception de l’engrenage à ondes de contrainte est qu’il y a moins de dents (souvent par exemple deux de moins) sur la cannelure flexible que sur la cannelure circulaire. Cela signifie que pour chaque rotation complète du générateur d’ondes, la spline flexible devrait tourner légèrement (deux dents dans cet exemple) vers l’arrière par rapport à la spline circulaire. Ainsi, l’action de rotation du générateur d’ondes entraîne une rotation beaucoup plus lente de la spline flexible dans le sens opposé.
Pour un mécanisme d’engrenage à ondes de contrainte, le rapport de réduction de l’engrenage peut être calculé à partir du nombre de dents de chaque engrenage:
rapport de réduction = dents de cannelure flexibles − dents de cannelure circulaires dents de cannelure flexibles {\displaystyle {\text {rapport de réduction}} = {\frac {{\text{dents de cannelure circulaires}}}{\text{dents de cannelure flexibles}}}}
Par exemple, s’il y a 202 dents sur la cannelure circulaire et 200 sur la cannelure flexible, le rapport de réduction est (200 − 202)/200 = -0.01
Ainsi, la spline flex tourne à 1/100 de la vitesse de la fiche du générateur d’ondes et dans le sens inverse. Différents rapports de réduction sont définis en modifiant le nombre de dents. Cela peut être réalisé soit en modifiant le diamètre du mécanisme, soit en modifiant la taille des dents individuelles et en préservant ainsi sa taille et son poids. La gamme de rapports de démultiplication possibles est limitée par des limites de taille de dent pour une configuration donnée.