Torsion: Hur man förstår torsion

Det finns många olika typer av mekaniska belastningar som påverkar ett objekt. En av dem är torsion. I den här bloggartikeln kommer vi att titta på grunderna i torsion och utforska några exempel.

Vad är torsion?

Torsion är en typ av belastning som verkar på ett objekt när en vridkraft utövas på det. Torsion uppstår när ett objekt roteras på ett sätt som resulterar i en ojämn deformation av objektet.

Typiska monteringsdelar i maskinteknik som påverkas av torsion är rotationsaxlar, drivaxlar och motoraxlar, eftersom de måste absorbera vridmoment hela tiden.

Dessa element är ofta gjorda av stål eller aluminium. Under speciella driftsförhållanden används även kolfiberförstärkt plast eller andra högpresterande material.

Materialen som används ska ha god styvhet och ge stark motståndskraft mot vridning.

Exempel på torsion

Ett vanligt exempel på torsion är i kabelvinschar (t.ex. en kran som lyfter en last). Så snart kabelvinschen roterar drar den i kabeln, men kabeln motverkar dragkraften.

Eftersom repet är lindat på en trumma skapas ett avstånd mellan repet och axelns centrum, vilket i kombination med viktkraften som drar i repet resulterar i ett vridmoment. Det resulterande vridmomentet verkar på axeln och denna utsätts för vridning. Axelns styvhet måste motverka detta moment.

  • -(a)- Kabelvinsch med axel
  • -(b)- Tvärsnitt av axeln med vridmoment F

Torsionsteori

Torsionsteorin säger att ett föremål som utsätts för en torsionskraft kommer att deformeras på ett sätt som är proportionellt mot torsionskraften. Detta innebär att deformationen av ett objekt är direkt proportionell mot rotationskraftens storlek.

Torsionsmoment

Torsionsmoment är ett mått på ett objekts rotationskraft. Den specificeras som en produkt från objektets radie och rotationskraften. Det kan beräknas på många sätt, men den vanligaste metoden är utnyttjandet av vridmomentreaktionsarmar. Vridmomentreaktionsarmen är ett uppmätt värde som anger i vilken utsträckning vridmomentet fungerar på ett objekt.

Vridmomentet T beräknas genom att kraften F multipliceras med spakens längd r.

T = F \times r

Vridvinkel

Belastningen leder till en vridning av stången, vilken specificeras som vridningsvinkeln (θt)

\theta_{t}=\frac{T}{D} = \frac{T\times L}{G \times l_{T}}
  • T- Vridmoment
  • D- Riktat moment
  • L- Stånglängd (vridstång)
  • G- Skjuvmodul
  • IT- Vridmoment av tröghet, beskriver storleken och formen på stapelns tvärsnitt

Torsionsvibrationer

Torsionsvibrationer är en typ av mekanisk vibration som utlöses av rotationen av en solid kropp runt dess längsgående axel. Dessa vibrationer kan uppstå i många mekaniska tillämpningar som motorer, kugghjulsenheter och skruvmejslar. De är inte önskvärda eftersom dessa vibrationer kan leda till att en applikation förstörs helt och hållet.

Vänta lite! Hur kan torsion användas i mekaniska applikationer?

En typisk användning av torsionskrafter är torsionsfjädrar.

Torsionsfjädrar är fjädrar som belastas av vridmoment. De används ofta i applikationer där vridmoment eller rotationskraft krävs.

Fjäderben är en typ av torsionsfjädrar. De består av en tråd med en cirkulär tvärsnittsarea och kan vara antingen höger- eller vänsterlindad.

Den maximala belastningen på ett fjäderben beror på materialet samt materialets tvärsnitt och benlängd.

En högre fjäderkraft kan uppnås med fjäderben genom att använda flera fjäderben på en axel.

Andra typer av torsionsfjädrar är torsionsstångfjädrar, spiraltorsionsfjädrar och rullfjädrar.

Ett exempel på ett tillämpningsområde för torsionsfjädrar är användningen som ett fjädergångjärn i självstängande dörrelement eller som ett förspänningselement för spärrdörrhandtag.