Technisch gesehen ist eine Radialkraft jede Kraft, die geradlinig wirkt. In der Physik wird es oft verwendet, um den Einfluss zu beschreiben, der senkrecht – im rechten Winkel – zur Mittellinie oder Achse eines Objekts ausgeübt wird, das sich auf einer Umlaufbahn bewegt. Einfach gesagt, ein Ball, der am Ende einer Schnur in einem Bogen geschwungen wird, erfährt diese Kraft und hält die Schnur gespannt. Mehrere andere vorhersagbare Kräfte wirken in verschiedene Richtungen, um den Ball durch den Bogen zu drehen, aber die radiale Kraft ist dafür verantwortlich, ihn von der Hand, die die Saite hält, wegzubewegen.
Obwohl der genaue Ursprung und die Art von Radialkräften sehr kompliziert sind, können sie in vielen alltäglichen Prozessen wie in Elektrowerkzeug-Bits, rotierenden Autoreifen und Lagern beobachtet werden. In der Zerspanung wird diese Kraft als der Einfluss erklärt, der ein Schneidwerkzeug von der zu bearbeitenden Oberfläche wegdrückt. Die korrekte Berechnung der Radialkraftspezifikationen ist ein kritischer Schritt bei der Konstruktion von Werkzeugen und anderen Objekten mit rotierenden Teilen.
Was bewirkt die Radialkraft?
Radiale Kräfte sind eine wichtige Komponente des Prozesses, der jedes Objekt auf einer kreisförmigen Umlaufbahn hält. Wenn sich eine bekannte Masse (wie eine Kugel) mit konstanter Geschwindigkeit in einem Kreis um einen festgelegten Abstand (Radius) vom Mittelpunkt dreht, drückt die Radialkraft die Masse vom Mittelpunkt weg. Die Kraft sorgt dafür, dass sich die Masse im gleichen Abstand vom Mittelpunkt dreht und eine gleichmäßige Umlaufbahn aufrechterhält – ein Kreis oder eine Ellipse. Ohne die Wirkung dieser Kraft wäre der Weg unberechenbar und unvorhersehbar.
Dies gilt für alle Objekte im Orbit, unabhängig davon, ob sie physisch mit dem Zentrum verbunden sind oder nicht. Eine lose Kugel, die um das Innere eines Eimers herumgewirbelt wird, wird auch durch eine radiale Kraft gegen die Innenwand des Behälters gedrückt. Radiale Kräfte sind zum Beispiel auch dafür verantwortlich, eine Roulettekugel gegen den Rand des Radschlitzes zu halten, während sich das Rad dreht.
Warum sind Radialkräfte wichtig?
Die genaue Berechnung von Radialkräften ist eine kritische Konstruktionsüberlegung für alles, was eine Orbitalbewegung aufweist. Die genaue Ermittlung der Größe dieser Größe spielt beispielsweise eine große Rolle für die Gesamteffizienz, Sicherheit und Lebensdauer eines Geräts. Es ermöglicht Designern auch, die praktischen Einschränkungen für einen bestimmten Artikel herauszufinden.
Lager werden beispielsweise häufig in vielen verschiedenen Arten von Geräten verwendet, um die Bewegungsreibung zwischen festen und beweglichen Maschinenteilen zu stützen, zu führen und zu reduzieren. Sie sind häufig radialen Kräften ausgesetzt, die innere Materialspannungen erzeugen, die zu Verschleiß und schließlich zum Versagen führen können, wenn die Kraft und die damit verbundenen Spannungen zu groß werden. Die Lager müssen stark genug sein, um dem Druck standzuhalten, der regelmäßig auf sie ausgeübt wird. Aus diesem Grund gibt es Lagertypen, die speziell für mechanische Anwendungen mit hohen Radialkräften ausgelegt und ausgelegt sind.
Ein weiteres Beispiel für dieses Phänomen bei der Arbeit ist die Kraft, der ein Schneidwerkzeug ausgesetzt ist, wenn es Material von der Oberfläche eines Werkstücks entfernt. Die Kraft wirkt auf das Werkzeug, um es vom zu schneidenden Teil wegzudrücken. Die Kraft, die auf die Schneidvorrichtung einwirkt, hängt von den Eigenschaften des Werkzeugs selbst und den Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials ab. Wenn das Werkzeug schlecht konstruiert ist und einer übermäßigen radialen Kraft ausgesetzt ist, kann es sehr schwierig sein, die Schneide in das Werkstück zu drücken, was zu minderwertigen Ergebnissen oder sogar zu Verletzungen des Bedieners beim Wegdrücken des Werkzeugs führen kann.
Radialkraftvariation
Eine Variation dieses Phänomens tritt auf, wenn sich der Impuls des sich bewegenden Objekts während des Betriebs ändert oder entwickelt. Die sogenannte Radialkraftvariation lässt sich am Beispiel eines Autoreifens veranschaulichen. Der Reifen erfährt eine radiale Kraft in einer Richtung senkrecht zur Radachse, die, wenn der Reifen perfekt rund und die Straßenoberfläche perfekt glatt wäre, während der Raddrehung gleich bleiben würde. Dies ist jedoch nicht der Fall, sodass sich die auf den Reifen ausgeübte Radialkraft bei jeder Drehung ändert. Dies stellt Konstrukteure bei der Auslegung von Geräten vor Herausforderungen, denn diese müssen unter sich ständig ändernden Umgebungsbedingungen sicher arbeiten können.