La vibrazione torsionale si verifica a causa di squilibri nei sistemi rotanti, come il disallineamento di un albero rotante o un accoppiamento debole che consente piccoli movimenti indesiderati lungo l’asse di rotazione. Le parti sono progettate per girare con una velocità costante o, a volte, necessarie per accelerare o rallentare. Meno vibrazioni improvvise o casuali subisce 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 fatica torsionale. Senza test adeguati sotto carico vibratorio, le parti rotanti potrebbero rompersi, guastandosi in modo catastrofico, causando danni periferici, persino uccidendo l’operatore della macchina.
Le aste rotanti, di solito parte di un treno di potenza, come alberi di trasmissione, alberi a camme, alberi a gomiti, alberi di trasmissione e mandrini subiscono vibrazioni torsionali mentre trasmettono potenza da una qualche forma di dispositivo generatore. Tali alberi rotanti sono costruiti con materiali duttili, come metalli che hanno una maggiore tenacità alla frattura – resistenza alla fessurazione. Le parti metalliche rotanti si guastano a causa di una lenta fessurazione dalla superficie dove si verifica la maggiore sollecitazione torsionale e dove le cricche sono più facili da identificare. Le crepe possono anche svilupparsi da giunti rotanti, da difetti superficiali all’interno dei fori di fissaggio. Le cricche terminali sulle superfici di rottura crescono in un piano approssimativo perpendicolare alla lunghezza dell’albero rotante e attorno all’asse centrale.
Un semplice esempio di vibrazione torsionale è un segnale stradale con vento costante. I supporti e le staffe che reggono i cartelli in condizioni normali non sono progettati per resistere al movimento rotatorio. In una tempesta, i segnali stradali si muovono 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 colti in fallo in un uragano.
Le vibrazioni torsionali possono verificarsi con specifiche geometrie risonanti dell’albero o quando le velocità di rotazione sono elevate, aumentando oltre un certo valore limite. A questo punto, la rotazione attorno all’asse dell’albero diventa dinamicamente instabile e si generano vibrazioni dannose. Queste vibrazioni casuali, in contrasto con il normale movimento continuo dell’albero, aprono 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 alimentazione. Il motivo per cui è difficile tenere conto delle vibrazioni torsionali è che è complicato applicare carichi torsionali periodici durante le prove. Oggi gli alberi sono progettati con strumenti analitici per ottimizzare lunghezze e diametri degli alberi al fine di ridurre al minimo le vibrazioni torsionali.