- albero di ingresso
- generatore di onde
- flexspline
- spline circolare
- albero di uscita
- alloggiamento
La teoria degli ingranaggi delle onde di deformazione si basa sulla dinamica elastica e utilizza la flessibilità del metallo. Il meccanismo ha tre componenti di base: un generatore d’onda (2 / verde), una spline flex (3 / rosso) e una spline circolare (4 / blu). Le versioni più complesse hanno un quarto componente normalmente utilizzato per accorciare la lunghezza complessiva o per aumentare la riduzione dell’ingranaggio all’interno di un diametro più piccolo, ma seguono comunque gli stessi principi di base.
Il generatore d’onda è costituito da due parti separate: un disco ellittico chiamato spina del generatore d’onda e un cuscinetto a sfere esterno. La spina ellittica viene inserita nel cuscinetto, costringendo il cuscinetto a conformarsi alla forma ellittica ma consentendo comunque la rotazione della spina all’interno del cuscinetto esterno.
La spline flex ha la forma di una tazza poco profonda. I lati della spline sono molto sottili, ma il fondo è relativamente rigido. Ciò si traduce in una notevole flessibilità delle pareti all’estremità aperta a causa della parete sottile, e nel lato chiuso essendo piuttosto rigido e in grado di essere saldamente fissato (ad un albero, per esempio). I denti sono posizionati radialmente intorno all’esterno della spline flex. La spline flex si adatta saldamente al generatore d’onda, in modo che quando la spina del generatore d’onda viene ruotata, la spline flex si deforma alla forma di un’ellisse rotante e non scivoli sull’anello ellittico esterno del cuscinetto a sfere. Il cuscinetto a sfere consente alla spline flessibile di ruotare indipendentemente sull’albero del generatore d’onda.
La spline circolare è un anello circolare rigido con denti all’interno. La spline flex e il generatore d’onda sono posizionati all’interno della spline circolare, ingranando i denti della spline flex e della spline circolare. Poiché la spline flex è deformata in una forma ellittica, i suoi denti in realtà si intrecciano solo con i denti della spline circolare in due regioni sui lati opposti della spline flex (situata sull’asse maggiore dell’ellisse).
Supponiamo che il generatore d’onda sia la rotazione di ingresso. Come la spina generatore d’onda ruota, i denti flex spline che sono maglia con quelli della spline circolare cambiano lentamente posizione. L’asse maggiore dell’ellisse della spline flex ruota con il generatore d’onda, quindi i punti in cui la maglia dei denti ruotano attorno al punto centrale alla stessa velocità dell’albero del generatore d’onda. La chiave per la progettazione dell’ingranaggio dell’onda di sforzo è che ci sono meno denti (spesso per esempio due in meno) sulla spline della flessione che ci sono sulla spline circolare. Ciò significa che per ogni rotazione completa del generatore d’onda, la spline flex dovrebbe ruotare una leggera quantità (due denti in questo esempio) all’indietro rispetto alla spline circolare. Così l’azione di rotazione del generatore d’onda si traduce in una rotazione molto più lenta della spline flex nella direzione opposta.
Per un meccanismo di ingranaggi ad onda di deformazione, il rapporto di riduzione degli ingranaggi può essere calcolato dal numero di denti su ciascun ingranaggio:
rapporto di riduzione = flex spline denti − circular spline denti flex spline denti {\displaystyle {\text{rapporto di riduzione}}={\frac {{\text{flex spline denti}}-{\text{circular spline denti}}}{\text{flex spline denti}}}}
Per esempio, se ci sono 202 i denti sulla circular spline e 200 sulla flex spline, il rapporto di riduzione è (200 − 202)/200 = -0.01
Così il flex spline gira a 1/100 la velocità della spina generatore d’onda e nella direzione opposta. Diversi rapporti di riduzione vengono impostati cambiando il numero di denti. Ciò può essere ottenuto modificando il diametro del meccanismo o modificando le dimensioni dei singoli denti e quindi preservandone le dimensioni e il peso. La gamma di possibili rapporti di trasmissione è limitata dai limiti di dimensione dei denti per una determinata configurazione.