Vad är radiell kraft?
Tekniskt sett är en radiell kraft vilken kraft som verkar i en rak linje. I fysiken används det ofta för att beskriva påverkan som utövas vinkelrätt - i en rät vinkel - till mittlinjen, eller axeln, av ett objekt som reser i en banbana. Enkelt uttryckt, en boll som svängs i en båge i slutet av en stränglängd kommer att uppleva denna kraft, hålla strängen spänd. Flera andra förutsägbara krafter arbetar i olika riktningar för att hålla bollen roterande genom bågen, men radiell kraft är ansvarig för att hålla den rör sig bort från handen som håller strängen.
Även om de radiella krafternas exakta ursprung och natur är mycket komplicerade, kan de ses på jobbet i många vardagliga processer, till exempel i elverktygsbitar, roterande bildäck och lager. Vid bearbetning förklaras denna kraft som påverkan som skjuter ett skärverktyg bort från ytan som skärs. Korrekt beräkning av radialkraftsspecifikationer är ett kritiskt steg i utformningen av verktyg och andra föremål med snurrande delar.
Vad gör radiell kraft?
Radiella krafter är en viktig komponent i processen som håller alla objekt att resa i en cirkulär bana. När en känd massa (som en boll) snurrar runt i en cirkel ett inställt avstånd (radien) från mittpunkten med en konstant hastighet, skjuter radialkraften massan ut, bort från mitten. Kraften håller massan som snurrar på samma avstånd från mittpunkten och upprätthåller en jämn bana - en cirkel eller en ellips. Utan denna styrks handling skulle vägen vara oberäknelig och oförutsägbar.
Detta gäller alla objekt i omloppsbana, oavsett om de är fysiskt kopplade till mitten eller inte. En lös boll som snurras runt insidan av en hink tvingas också upp mot behållarens innervägg av en radiell kraft. Radiella krafter är till exempel också ansvariga för att hålla en roulettboll upp mot kanten på hjulspåret medan hjulet snurrar.
Varför är radialkrafter viktiga?
Den exakta beräkningen av radiella krafter är en kritisk konstruktionsbedömning av allt som har omloppsrörelse. Att exakt fastställa omfattningen av denna variabel spelar en viktig roll i till exempel den totala effektiviteten, säkerheten och livslängden för en utrustning. Det gör det också möjligt för designers att ta reda på vilka praktiska begränsningar som kommer att vara för en viss artikel.
Exempelvis används lager i många olika typer av utrustning för att stödja, styra och minska rörelsefriktionen mellan fasta och rörliga maskindelar. De utsätts ofta för radiella krafter som skapar inre materialspänningar som kan leda till slitage och eventuellt fel om kraften och relaterade spänningar blir överdrivna. Lagerna måste vara tillräckligt starka för att hålla sig under de tryck som regelbundet appliceras på dem. Av denna anledning finns det typer av lager specifikt utformade och klassade för mekaniska applikationer med höga radiella krafter.
Ett annat exempel på detta fenomen på jobbet är kraften som ett skärverktyg utsätts för när det tar bort material från ytan på ett arbetsstycke. Kraften verkar på verktyget för att skjuta det bort från stycket som skärs. Mängden kraft som verkar på skäranordningen beror på egenskaperna hos själva verktyget och egenskaperna hos det material som bearbetas. Om verktyget är dåligt utformat och upplever en överdriven radiell kraft, kan det göra det mycket svårt att pressa skärkanten i stycket, vilket kan resultera i undermodellresultat eller till och med skada operatören när verktyget tvingas bort.
Radialkraftsvariation
En variation av detta fenomen inträffar när det rörliga objektets fart förändras eller utvecklas under drift. Känd som radiell kraftvariation kan den illustreras med exemplet på ett bildäck. Däcket kommer att uppleva en radiell kraft i en riktning vinkelrätt mot hjulets axel som, om däcket var perfekt runt och vägytan perfekt slät, skulle förbli densamma medan hjulet roterar. Detta är dock inte fallet, så den radiella kraft som utövas på däcket ändras varje gång det roterar. Detta ger designers en utmaning när de utformar utrustning eftersom den måste kunna fungera säkert under ständigt föränderliga miljöförhållanden.