Što je torzijska vibracija?

Torzijske vibracije nastaju zbog neravnoteže u rotirajućim sustavima, kao što je neusklađenost rotirajuće osovine ili slaba spojka koja omogućuje mala neželjena kretanja duž osi rotacije. Dijelovi su dizajnirani da se vrte konstantnom brzinom ili su ponekad potrebni za ubrzanje ili usporavanje. Što manje naglih ili nasumičnih vibracija doživi rotirajući dio tijekom rada, to mu je dulji vijek trajanja. Mnoge torzijske komponente dizajnirane su s materijalima koji mogu izdržati dugotrajna torzijska oštećenja, također poznata kao torzijski zamor. Bez odgovarajućeg testiranja pod vibracijskim opterećenjem, dijelovi koji se vrte mogu puknuti, katastrofalno pokvariti, uzrokujući periferna oštećenja – čak i ubiti operatera stroja.

Rotirajuće šipke, obično dio pogonskog sklopa, kao što su osovine prijenosa, bregaste osovine, radilice, pogonske osovine i vretena doživljavaju torzijske vibracije dok prenose snagu iz nekog oblika uređaja za generiranje. Takve rotirajuće osovine izrađene su od duktilnih materijala, poput metala koji imaju veću otpornost na lom – otpornost na pucanje. Metalni rotirajući dijelovi propadaju zbog sporog pucanja s površine na kojoj se doživljava najveće torzijsko naprezanje i gdje je pukotine najlakše prepoznati. Pukotine također mogu nastati od rotirajućih spojnica, od površinskih nedostataka unutar rupa za pričvršćivanje. Završne pukotine na površinama loma rastu u približnoj ravnini okomitoj na duljinu rotirajuće osovine i oko središnje osi.

Jednostavan primjer torzijskih vibracija je prometni znak na stalnom vjetru. Nosači i nosači koji drže znakove gore u normalnim uvjetima nisu dizajnirani da odolijevaju rotacijskom kretanju. U oluji će putokazi šibati naprijed-natrag na vjetru pod utjecajem torzijskih vibracija. Čak se i neki vrlo veliki znakovi mogu strgnuti s privezišta, postajući šrapneli za neoprezne koji su uhvaćeni u uraganu.

Torzijske vibracije mogu se pojaviti kod specifičnih rezonantnih geometrija osovine ili kada su brzine vrtnje velike, povećavajući se iznad određene granične vrijednosti. U ovom trenutku rotacija oko osi osovine postaje dinamički nestabilna i dolazi do štetnih vibracija. Ove nasumične vibracije, u suprotnosti s normalnim kontinuiranim kretanjem osovine, otvaraju pukotine u metalu i primarni su uzroci kvara rotirajućih dijelova.

Ako dio tanke rotirajuće komponente, na primjer, lopatica turbine, doživi katastrofalan kvar od prolazne pukotine, to može dovesti do većih neravnoteža koje mogu uništiti cijeli energetski sustav. Razlog zašto je torzijske vibracije teško objasniti je to što je tijekom ispitivanja komplicirano primijeniti periodična torzijska opterećenja. Danas su osovine dizajnirane s analitičkim alatima za optimizaciju duljine i promjera vratila kako bi se minimizirale torzijske vibracije.