Vad är vridstyvhet?

Vridstyvhet är måttet på mängden vridmoment som en radiell axel kan upprätthålla under sin rotation i ett mekaniskt system. Konceptet är centralt för grundläggande mekanik och ingenjörskonst, och vridstyvhet är en av nyckelkrafterna för att mäta alla mekaniska system som roterar på en fast axel. Denna kraft finns i maskiner så små som ett fickur och stora som tung industriutrustning. Det är viktigt att förstå mängden påfrestning som en roterande axel kan utstå medan den överför kraft genom resten av det mekaniska systemet.

Det finns två typer av styvhet i ett roterande mekaniskt system som drivs av en axel – vridstyvhet och böjstyvhet. Ett annat, mer exakt sätt att beskriva dessa krafter är att kalla dem vrid- och böjhållfastheten hos en axel. Både böj- och vridstyvhet mäts i pund per tum eller newton per meter mot axelns yta.

Graden av vridstyvhet är starkare längs axelns spänna yttre skikt (TOL) och svagare längs axelns lösa yttre skikt (LOL). När kraften från vridmomentet slingrar sig i samma riktning som axelns rörelse, är överföringen av energi mycket effektivare eftersom vridkraften komprimerar TOL, vilket gör att mindre energi kan avledas genom värme och friktion. En högre grad av vridstyvhet längs TOL är i allmänhet önskvärd i ett roterande mekaniskt system.

När vridkraften vrider sig mot den riktning i vilken axeln vrids, appliceras mer energi längs axelns LOL. Detta kan orsaka en extrem effektivitetsförlust i överföringen av energi från den radiella axeln till resten av det mekaniska systemet. Dekompressionen av axeln, när lagret lossnar och expanderar, tillåter mer av energin att försvinna ut ur det mekaniska systemet, vilket innebär att mindre kraft appliceras.

I allmänhet, allt annat lika, fungerar ett roterande mekaniskt system bäst när kraften som appliceras på systemet överförs genom den radiella axeln i samma riktning som axeln snurrar för att överföra energin ut ur systemet. Detta faktum begränsar mångfalden och komplexiteten hos mekaniska system som kan konstrueras, men med harmoniska dämpare och balanserare kan motkraftsroterande system konstrueras som är relativt effektiva när vridstyvhetsnivåerna är höga längs axelns LOL.