Крутильная вибрация возникает из-за дисбаланса во вращающихся системах, например, из-за несоосности вращающегося вала или из-за слабой муфты, которая допускает небольшие нежелательные движения вдоль оси вращения. Детали рассчитаны на вращение с постоянной скоростью или, иногда, требуется ускорение или замедление. Чем меньше внезапных или случайных вибраций испытывает вращающаяся деталь во время работы, тем дольше срок ее службы. Многие торсионные компоненты изготовлены из материалов, способных выдерживать долговременное повреждение при кручении, также известное как усталость при кручении. Без надлежащих испытаний при вибрационной нагрузке вращающиеся детали могут треснуть, катастрофически выйти из строя, вызвать периферийные повреждения и даже вывести машину из строя. оператор.
Вращающиеся стержни, обычно являющиеся частью силовой передачи, такие как трансмиссионные валы, распределительные валы, коленчатые валы, карданные валы и шпиндели, испытывают крутильные колебания, поскольку они передают мощность от какого-либо генерирующего устройства. Такие вращающиеся валы изготавливаются из пластичных материалов, например металлов, обладающих большей вязкостью разрушения — устойчивостью к растрескиванию. Металлические вращающиеся детали выходят из строя из-за медленного растрескивания с поверхности, где испытывается наибольшее напряжение кручения и где трещины легче всего идентифицировать. Трещины могут расти и от вращающихся муфт, от дефектов поверхности внутри отверстий крепежа. Концевые трещины на поверхностях разрушения растут примерно в плоскости, перпендикулярной длине вращающегося вала и вокруг центральной оси.
Простой пример крутильных колебаний — дорожный знак при постоянном ветре. Крепления и кронштейны, удерживающие знаки в нормальных условиях, не рассчитаны на сопротивление вращательному движению. В шторм дорожные знаки будут раскачиваться на ветру под действием крутильных колебаний. Даже некоторые очень большие вывески могут быть сорваны с крепления, превратившись в осколки для неосторожных, попавших в ураган.
Крутильные колебания могут возникать при определенной резонирующей геометрии вала или при высоких скоростях вращения, превышающих определенное предельное значение. В этот момент вращение вокруг оси вала становится динамически неустойчивым и возникают разрушительные вибрации. Эти случайные вибрации, противоречащие нормальному непрерывному движению вала, открывают трещины в металле и являются основными причинами выхода из строя вращающихся частей.
Если часть тонкого вращающегося компонента, например, лопатка турбины, выходит из строя из-за сквозной трещины , это может привести к большему дисбалансу, который может разрушить целые энергосистемы. Причина, по которой крутильные колебания трудно учесть, заключается в том, что во время испытаний сложно применять периодические крутильные нагрузки. Сегодня валы разрабатываются с помощью аналитических инструментов для оптимизации длины и диаметра валов, чтобы свести к минимуму крутильные колебания.
