Was ist Torsionsschwingung?

Torsionsschwingungen treten aufgrund von Unwuchten in rotierenden Systemen auf, z. B. aufgrund einer Fehlausrichtung einer rotierenden Welle oder einer schwachen Kupplung, die kleine unerwünschte Bewegungen entlang der Rotationsachse zulässt. Teile sind so konstruiert, dass sie sich mit einer konstanten Geschwindigkeit drehen oder manchmal beschleunigen oder verlangsamen müssen. Je weniger plötzliche oder zufällige Vibrationen ein rotierendes Teil im Betrieb erfährt, desto länger ist seine Lebensdauer. Viele Torsionsbauteile bestehen aus Materialien, die dauerhaften Torsionsschäden standhalten, auch als Torsionsermüdung bekannt. Ohne ausreichende Prüfung unter Vibrationsbelastung könnten sich drehende Teile durchschlagen und katastrophal ausfallen, was zu Schäden an der Peripherie führen und sogar den Maschinenbediener töten kann.

Rotierende Stangen, die normalerweise Teil eines Antriebsstrangs sind, wie beispielsweise Getriebewellen, Nockenwellen, Kurbelwellen, Antriebswellen und Spindeln, erfahren Torsionsschwingungen, wenn sie Leistung von irgendeiner Art von Erzeugungsvorrichtung übertragen. Solche rotierenden Wellen bestehen aus duktilen Materialien, wie z. B. Metallen, die eine höhere Bruchzähigkeit aufweisen - Beständigkeit gegen Rissbildung. Metallische rotierende Teile versagen durch langsames Reißen von der Oberfläche, wo die größte Torsionsspannung auftritt und wo die Risse am einfachsten zu erkennen sind. Risse können auch durch rotierende Kupplungen und Oberflächenfehler in den Befestigungslöchern entstehen. Klemmenrisse an Bruchflächen wachsen in einer ungefähren Ebene senkrecht zur Länge der rotierenden Welle und um die Mittelachse.

Ein einfaches Beispiel für Torsionsschwingungen ist ein Verkehrsschild bei konstantem Wind. Halterungen und Halterungen, die die Schilder unter normalen Bedingungen halten, sind nicht für Drehbewegungen ausgelegt. Im Sturm peitschen Verkehrszeichen unter dem Einfluss von Torsionsschwingungen im Wind hin und her. Sogar einige sehr große Schilder können aus ihren Anlegestellen gerissen werden und zu Schrapnellen für die Unachtsamen werden, die in einem Hurrikan gefangen sind.

Torsionsschwingungen können bei bestimmten Resonanzgeometrien der Welle oder bei hohen Drehzahlen ab einem bestimmten Grenzwert auftreten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehung um die Achse der Welle dynamisch instabil und es treten schädliche Vibrationen auf. Diese zufälligen Vibrationen, die im Widerspruch zur normalen kontinuierlichen Bewegung der Welle stehen, führen zu Rissen im Metall und sind die Hauptursache für das Versagen rotierender Teile.

Wenn ein Teil einer dünnen rotierenden Komponente, beispielsweise eine Turbinenschaufel, durch einen Durchriss einen katastrophalen Ausfall erleidet, kann dies zu größeren Unwuchten führen, die ganze Antriebssysteme zerstören können. Der Grund, warum Torsionsschwingungen schwierig zu erklären sind, ist, dass es schwierig ist, während des Testens periodische Torsionskräfte aufzubringen. Heutzutage werden Wellen mit Analysewerkzeugen konstruiert, um Längen und Durchmesser von Wellen zu optimieren, um Torsionsschwingungen zu minimieren.