ระบบเฟืองคลื่นความเครียด (หรือที่เรียกว่าเฟืองฮาร์มอนิก ) เป็นระบบ เฟืองเชิงกลชนิดหนึ่งที่ใช้แกนเฟืองยืดหยุ่นที่มีฟันภายนอก ซึ่งจะถูกทำให้เสียรูปโดย ปลั๊ก รูปวงรี ที่หมุนได้ เพื่อให้ไปประกบกับ ฟันเฟือง ภายในของแกนเฟืองภายนอก

บริษัท Harmonic Drive SE จากประเทศเยอรมนี เป็นผู้ผลิตเฟืองแบบผลิตจำนวนมากเป็นครั้งแรกภายใต้ชื่อผลิตภัณฑ์หรือเครื่องหมายการค้าจดทะเบียน Harmonic Drive

ระบบเกียร์คลื่นความเครียดมีข้อดีบางประการเหนือกว่าระบบเกียร์แบบดั้งเดิม เช่นเกียร์เกลียวหรือเกียร์ดาวเคราะห์ซึ่งรวมถึง:

• ไม่มีผลกระทบด้านลบ
• ขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบา
• อัตราทดเกียร์สูง
• อัตราส่วนที่ปรับเปลี่ยนได้ภายในตัวเรือนมาตรฐาน
• ความละเอียดที่ดีและความสามารถในการทำซ้ำที่ยอดเยี่ยม (การแสดงเชิงเส้น) เมื่อทำการจัดตำแหน่งโหลดเฉื่อยใหม่^{[ 1 ]}
• ความสามารถในการรับแรงบิดสูง
• เพลาอินพุตและเอาต์พุตแบบโคแอกเซียล^{[ 2 ]}

สามารถลดอัตราทดเกียร์ได้สูงในปริมาตรที่จำกัด (สามารถทำอัตราทดเกียร์ได้ตั้งแต่ 30:1 ถึง 320:1 ในพื้นที่เดียวกับที่เฟืองดาวเคราะห์โดยทั่วไปให้ผลลัพธ์อัตราทดเกียร์เพียง 10:1 เท่านั้น)

ข้อเสียประการหนึ่งคือ มีแนวโน้มที่จะเกิด 'การบิดตัว' (อัตราสปริงบิด) ในช่วงแรงบิดต่ำ

เกียร์คลื่นความเครียดมักใช้ในหุ่นยนต์^{[ 3 ]}และอวกาศ^{[ 4 ]}สามารถลดเกียร์ได้ แต่ยังอาจใช้เพื่อเพิ่มความเร็วในการหมุนหรือสำหรับเกียร์แบบดิฟเฟอเรนเชียลได้อีกด้วย

แนวคิดพื้นฐานของเกียร์คลื่นความเครียด (SWG) ได้รับการแนะนำโดยCW Musserในสิทธิบัตรปี 1957 ^{[ 5 ] [ 6 ]}ขณะที่เขาเป็นที่ปรึกษาที่United Shoe Machinery Corp (USM) มีการใช้งานสำเร็จครั้งแรกในปี 1960 โดย USM Co. และต่อมาโดย Hasegawa Gear Works ภายใต้ใบอนุญาตของ USM ต่อมา Hasegawa Gear Work กลายเป็น Harmonic Drive Systems ซึ่งตั้งอยู่ในประเทศญี่ปุ่น และแผนก Harmonic Drive ของ USM Co. กลายเป็น Harmonic Drive Technologies ^{[ 7 ] [ 8 ]}ในปี 1971 ในภารกิจ Apollo 15 ของ NASA ยานสำรวจดวงจันทร์ (LRV) ถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าหนึ่งตัวต่อล้อ โดยเชื่อมต่อด้วยเกียร์ Harmonic Drive อัตราส่วน 80:1 ^{[ 9 ]}

The strain wave gearing uses the elasticity of metal. The mechanism has three basic components: a wave generator (2 / green), a flex spline (3 / red), and a circular spline (4 / blue). More complex versions have a fourth component normally used to shorten the overall length or to increase the gear reduction within a smaller diameter, but still follow the same basic principles.

The wave generator is made of two separate parts: an elliptical disk called a wave generator plug and an outer ball bearing. The elliptical plug is inserted into the bearing, forcing the bearing to conform to the elliptical shape but still allowing rotation of the plug within the outer bearing.

The flex spline is shaped like a shallow cup. The sides of the spline are very thin, but the bottom is relatively rigid. This results in significant flexibility of the walls at the open end due to the thin wall, and in the closed side being rigid enough to be tightly secured (to a shaft, for example). Teeth are positioned radially around the outside of the flex spline. The flex spline fits tightly over the wave generator, so that when the wave generator plug is rotated, the flex spline deforms to the shape of a rotating ellipse and does not slip over the outer elliptical ring of the ball bearing. The ball bearing lets the flex spline rotate independently to the wave generator's shaft.

The circular spline is a rigid circular ring with teeth on its inside. The flex spline and wave generator are placed inside the circular spline, meshing the teeth of the flex spline and the circular spline. Because the flex spline is deformed into an elliptical shape, its teeth only actually mesh with the teeth of the circular spline in two regions on opposite sides of the flex spline (located on the major axis of the ellipse).

Assume that the wave generator is the input rotation. As the wave generator plug rotates, the flex spline teeth which are meshed with those of the circular spline slowly change position. The major axis of the flex spline's ellipse rotates with wave generator, so the points where the teeth mesh revolve around the center point at the same rate as the wave generator's shaft. The key to the design of the strain wave gear is that there are fewer teeth (often for example two fewer) on the flex spline than there are on the circular spline. This means that for every full rotation of the wave generator, the flex spline would be required to rotate a slight amount (two teeth in this example) backward relative to the circular spline. Thus the rotation action of the wave generator results in a much slower rotation of the flex spline in the opposite direction.

สำหรับกลไกเฟืองคลื่นความเครียดอัตราส่วนลด เกียร์ สามารถคำนวณได้จากจำนวนฟันของแต่ละเฟือง ในลักษณะเดียวกับระบบขับเคลื่อนแบบไซคลอยด์ :

${\displaystyle R={\frac {{\text{ฟันสไปลน์แบบยืดหยุ่น}}-{\text{ฟันสไปลน์แบบวงกลม}}}{\text{ฟันสไปลน์แบบยืดหยุ่น}}},\quad -1<R<0}$

โปรดทราบว่าบางครั้งค่าผกผันของอัตราส่วนการลดลงก็ถูกเรียกด้วยวลีและสัญลักษณ์เดียวกัน

ตัวอย่างเช่น ถ้ามีฟัน 202 ซี่บนแกนหมุนวงกลมและ 200 ซี่บนแกนหมุนแบบยืดหยุ่น อัตราส่วนการลดขนาดคือ (200 − 202)/200 = − 0.01    

ดังนั้น เฟืองยืดหยุ่นจึงหมุนด้วยความเร็ว 1/100 ของความเร็วของปลั๊กกำเนิดคลื่น และในทิศทางตรงกันข้าม อัตราส่วนลดต่าง ๆ สามารถกำหนดได้โดยการเปลี่ยนจำนวนฟัน ซึ่งสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางของกลไก หรือโดยการเปลี่ยนขนาดของฟันแต่ละซี่ ซึ่งจะช่วยรักษขนาดและน้ำหนักของกลไกไว้ได้ ช่วงของอัตราทดเกียร์ที่เป็นไปได้นั้นถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดของขนาดฟันสำหรับโครงสร้างที่กำหนด

อัตราส่วนการลดขนาดนี้ใช้ได้กับการกำหนดค่าที่เส้นโค้งวงกลมคงที่ เครื่องกำเนิดคลื่นเป็นอินพุต และเส้นโค้งยืดหยุ่นเป็นเอาต์พุต ในกรณีที่เส้นโค้งวงกลมหมุนด้วย ความสัมพันธ์ต่อไปนี้จะใช้ได้กับความเร็วในการหมุนของทั้งสามส่วน: ^{[ 10 ]}

${\displaystyle \omega _{FS}=R\omega _{WG}+(1-R)\omega _{CS}}$

จิตใจที่มองโลกในแง่ลบและคับแคบ${\displaystyle R}$

ล้อขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของยานสำรวจดวงจันทร์ Apollo Lunar Roverประกอบด้วยเกียร์คลื่นความเครียด^{[ 11 ]}นอกจากนี้ รอกที่ใช้บนSkylabเพื่อกางแผงโซลาร์เซลล์ยังใช้เกียร์คลื่นความเครียดเป็นแหล่งพลังงานด้วย

• บริษัท นีเดค-ชิมโป อเมริกา คอร์ปอเรชั่น
• ระบบขับเคลื่อนไซคลอยด์
• ปั๊มแบบเพริสตัลติก

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับระบบขับเคลื่อนฮาร์มอนิก

• คำอธิบายหลักการเบื้องหลังระบบเกียร์คลื่นความเครียด (ยูทูบ)
• การสาธิตการทำงานของระบบขับเคลื่อนฮาร์มอนิก (Youtube)