Co je to torzní vibrace?
K torzním vibracím dochází v důsledku nevyváženosti v rotujících systémech, jako je nesouosost rotačního hřídele nebo slabá vazba, která umožňuje malé nežádoucí pohyby podél osy otáčení. Díly jsou navrženy tak, aby se točily s konstantní rychlostí nebo, někdy, nutné k urychlení nebo zpomalení. Čím méně náhlých nebo náhodných vibrací rotující součást zažívá během provozu, tím delší je její životnost. Mnoho torzních komponent je navrženo z materiálů, které vydrží dlouhodobé torzní poškození, známé také jako torzní únava. Bez adekvátního testování při vibračním zatížení by mohly rotující části prasknout, katastroficky selhat a způsobit poškození periferií - dokonce zabíjet obsluhu stroje.
Rotující tyče, obvykle součást hnacího ústrojí, jako jsou převodové hřídele, vačkové hřídele, klikové hřídele, hnací hřídele a vřetena, trpí torzními vibracemi, když přenášejí energii z nějaké formy generovacího zařízení. Tyto rotující hřídele jsou konstruovány z tvárných materiálů, jako jsou kovy, které mají větší lomovou houževnatost - odolnost proti praskání. Kovové rotující části selhávají pomalým praskáním z povrchu, kde dochází k největšímu torznímu namáhání a kde jsou trhliny nejsnadněji identifikovatelné. Trhliny mohou také růst z rotujících spojek, z povrchových vad uvnitř otvorů upevňovacích prvků. Koncové trhliny na poruchových plochách rostou v přibližné rovině kolmé na délku rotující hřídele a kolem centrální osy.
Jednoduchým příkladem torzních vibrací je dopravní značka za stálého větru. Úchyty a držáky, které drží značky za normálních podmínek, nejsou navrženy tak, aby odolávaly rotačnímu pohybu. Při bouři budou dopravní značky bičovat sem a tam ve větru pod vlivem torzních vibrací. I některé velmi velké znaky mohou být vytrženy z jejich kotevních ústrojí a stávají se šrapnelem k nechtěným chyceným v hurikánu.
Kroutivé vibrace mohou nastat se specifickými rezonujícími geometriemi hřídele nebo při vysokých otáčkách, které se zvyšují nad určitou mezní hodnotu. V tomto bodě se rotace kolem osy hřídele stává dynamicky nestabilní a dochází k škodlivým vibracím. Tyto náhodné vibrace, v rozporu s běžným plynulým pohybem hřídele, otevírají trhliny v kovu a jsou primární příčiny selhání rotujících částí.
Pokud část tenké rotující součásti, například lopatky turbíny, zažije katastrofické selhání z průchozí trhliny, může to vést k větším nerovnováhám, které by mohly zničit celé energetické systémy. Důvod torzních vibrací je obtížné vyvodit z toho, že je složité aplikovat periodické torzní zatížení během testování. Dnes jsou hřídele navrženy s analytickými nástroji pro optimalizaci délek a průměrů hřídelí, aby se minimalizovaly torzní vibrace.