Che cos'è la vibrazione torsionale?

Le vibrazioni torsionali si verificano a causa di uno squilibrio nei sistemi rotanti, come un disallineamento di un albero rotante o un accoppiamento debole che consente movimenti piccoli e indesiderati lungo l'asse di rotazione. Le parti sono progettate per girare a velocità costante o, talvolta, per accelerare o rallentare. Meno vibrazioni improvvise o casuali subiscono una parte rotante durante il funzionamento, maggiore è la sua durata. Molti componenti torsionali sono progettati con materiali in grado di resistere a danni torsionali a lungo termine, noti anche come affaticamento torsionale. Senza prove adeguate sotto carico vibrazionale, le parti rotanti potrebbero rompersi, fallendo catastroficamente, causando danni periferici, anche uccidendo l'operatore della macchina.

Le aste rotanti, di solito parte di un gruppo motopropulsore, come alberi di trasmissione, alberi a camme, alberi a gomito, alberi di trasmissione e mandrini, subiscono vibrazioni torsionali mentre trasmettono energia da una qualche forma di dispositivo di generazione. Tali alberi rotanti sono costruiti con materiali duttili, come i metalli che hanno una maggiore tenacità alla frattura - resistenza alla rottura. Le parti rotanti metalliche non riescono a causa della lenta fessurazione della superficie in cui si verificano le maggiori sollecitazioni torsionali e dove le fessure sono più facili da identificare. Le crepe possono anche svilupparsi da giunti rotanti, da difetti superficiali all'interno dei fori di fissaggio. Le crepe terminali sulle superfici di rottura crescono su un piano approssimativo perpendicolare alla lunghezza dell'albero rotante e attorno all'asse centrale.

Un semplice esempio di vibrazione torsionale è un segnale stradale in un vento costante. I supporti e le staffe che sostengono i segni in condizioni normali non sono progettati per resistere al movimento di rotazione. In una tempesta, i segnali stradali fruscheranno avanti e indietro nel vento sotto l'influenza della vibrazione torsionale. Anche alcuni segni molto grandi possono essere strappati dai loro ormeggi, diventando schegge per gli incauti catturati in un uragano.

Le vibrazioni torsionali possono verificarsi con geometrie di risonanza specifiche dell'albero o quando le velocità di rotazione sono elevate, aumentando al di sopra di un certo valore limite. A questo punto, la rotazione attorno all'asse dell'albero diventa dinamicamente instabile e ne conseguono vibrazioni dannose. Queste vibrazioni casuali, in contrasto con il normale movimento continuo dell'albero, aprono le crepe nel metallo e sono le principali cause di guasto delle parti rotanti.

Se parte di un sottile componente rotante, ad esempio una pala di una turbina, subisce un guasto catastrofico da una fessura passante, può portare a squilibri più grandi che potrebbero distruggere interi sistemi di potenza. Il motivo per cui le vibrazioni torsionali sono difficili da spiegare è che è complicato applicare carichi torsionali periodici durante i test. Oggi, gli alberi sono progettati con strumenti analitici per ottimizzare lunghezze e diametri degli alberi al fine di ridurre al minimo le vibrazioni torsionali.

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