Co to jest wibracja skrętna?
Drgania skrętne powstają w wyniku niewyważenia w układach wirujących, takich jak niewspółosiowość obracającego się wału lub słabe sprzęgło, które umożliwia niewielkie niepożądane ruchy wzdłuż osi obrotu. Części są zaprojektowane tak, aby obracały się ze stałą prędkością lub czasami wymagały przyspieszenia lub spowolnienia. Im mniej gwałtownych lub przypadkowych wibracji doświadcza część obrotowa podczas pracy, tym dłuższa jest jej żywotność. Wiele elementów skrętnych jest zaprojektowanych z materiałów odpornych na długotrwałe uszkodzenia skrętne, znane również jako zmęczenie skrętne. Bez odpowiednich testów pod obciążeniem wibracyjnym wirujące części mogą pęknąć, powodując katastrofalne awarie, powodując uszkodzenia urządzeń peryferyjnych, a nawet zabijając operatora maszyny.
Obracające się pręty, zwykle stanowiące część układu napędowego, takie jak wały napędowe, wałki rozrządu, wały korbowe, wały napędowe i wrzeciona, doświadczają wibracji skrętnych podczas przenoszenia mocy z jakiejś formy urządzenia generującego. Takie obracające się wały są zbudowane z materiałów plastycznych, takich jak metale, które mają większą odporność na pękanie - odporność na pękanie. Metalowe obracające się części zawodzą przez powolne pękanie z powierzchni, na której występuje największe naprężenie skrętne i gdzie pęknięcia są najłatwiejsze do zidentyfikowania. Pęknięcia mogą również wyrastać z obrotowych połączeń, z wad powierzchniowych w otworach elementów mocujących. Pęknięcia końcowe na powierzchniach uszkodzeń rosną w przybliżonej płaszczyźnie prostopadłej do długości obracającego się wału i wokół osi środkowej.
Prostym przykładem drgań skrętnych jest znak drogowy przy stałym wietrze. Mocowania i wsporniki, które utrzymują znaki w normalnych warunkach, nie są zaprojektowane tak, aby były odporne na ruch obrotowy. Podczas burzy znaki drogowe będą bić tam iz powrotem na wietrze pod wpływem wibracji skrętnych. Nawet niektóre bardzo duże znaki mogą zostać wyrwane z ich miejsc cumowania, stając się odłamkami dla nieostrożnych złapanych w huragan.
Drgania skrętne mogą występować przy określonych geometriach rezonansowych wału lub gdy prędkości obrotowe są wysokie, zwiększając się powyżej określonej wartości granicznej. W tym momencie obrót wokół osi wału staje się dynamicznie niestabilny i powstają szkodliwe wibracje. Te przypadkowe wibracje, sprzeczne z normalnym ciągłym ruchem wału, otwierają pęknięcia w metalu i są podstawowymi przyczynami uszkodzenia obracających się części.
Jeśli część cienkiego wirującego elementu, na przykład łopatki turbiny, ulegnie katastrofalnej awarii w wyniku pęknięcia przelotowego, może to prowadzić do większych nierównowag, które mogą zniszczyć całe układy energetyczne. Powodem, dla którego wibracje skrętne są trudne do wyjaśnienia, jest skomplikowane stosowanie okresowych obciążeń skrętnych podczas testowania. Obecnie wały są projektowane za pomocą narzędzi analitycznych w celu optymalizacji długości i średnic wałów w celu zminimalizowania drgań skrętnych.