La rigidità torsionale è la misura della quantità di coppia che un albero radiale può sostenere durante la sua rotazione in un sistema meccanico. Il concetto è centrale per la meccanica e l’ingegneria di base e la rigidità torsionale è una delle forze chiave di misura per qualsiasi sistema meccanico che ruoti su un asse fisso. Questa forza esiste in macchine piccole come un orologio da tasca e grandi come attrezzature industriali pesanti. È fondamentale comprendere la quantità di stress che un albero rotante può sopportare mentre trasmette la forza attraverso il resto del sistema meccanico.
Esistono due tipi di rigidità in un sistema meccanico rotante azionato da un albero: rigidità torsionale e rigidità flessionale. Un altro modo più accurato per descrivere queste forze è chiamarle resistenza alla torsione e alla flessione di un albero. Sia la rigidità flessionale che quella torsionale sono misurate in libbre per pollice o newton per metro rispetto alla superficie dell’albero.
Il tasso di rigidità torsionale è maggiore lungo lo strato esterno teso (TOL) dell’albero e più debole lungo lo strato esterno allentato (LOL) dell’albero. Quando la forza della coppia si snoda nella stessa direzione del movimento dell’albero, il trasferimento di energia è molto più efficiente perché la forza torsionale comprime il TOL, consentendo di dissipare meno energia attraverso il calore e l’attrito. Un tasso più elevato di rigidità torsionale lungo il TOL è generalmente desiderabile in un sistema meccanico rotante.
Quando la forza di torsione gira contro la direzione in cui sta girando l’albero, viene applicata più energia lungo il LOL dell’albero. Ciò può causare un’estrema perdita di efficienza nel trasferimento di energia dall’albero radiale al resto del sistema meccanico. La decompressione dell’albero, quando lo strato si allenta e si espande, consente a una maggiore quantità di energia di dissiparsi dal sistema meccanico, il che significa che viene applicata meno forza.
In generale, a parità di altre condizioni, un sistema meccanico rotante funziona meglio quando la forza applicata al sistema viene trasferita attraverso l’albero radiale nella stessa direzione in cui l’albero ruota per trasferire l’energia fuori dal sistema. Questo fatto limita la varietà e la complessità dei sistemi meccanici che possono essere costruiti, ma con smorzatori e bilanciatori armonici, è possibile costruire sistemi rotanti controforza che sono relativamente efficienti quando i livelli di rigidità torsionale sono elevati lungo il LOL dell’albero.