Die Torsionssteifigkeit ist das Maß für das Drehmoment, das eine Radialwelle während ihrer Rotation in einem mechanischen System aushalten kann. Das Konzept ist von zentraler Bedeutung für die grundlegende Mechanik und das Engineering, und die Torsionssteifigkeit ist eine der wichtigsten Messgrößen für jedes mechanische System, das sich um eine feste Achse dreht. Diese Kraft existiert in Maschinen, die so klein sind wie eine Taschenuhr und so groß wie schwere Industriegeräte. Es ist wichtig zu verstehen, wie viel Belastung eine rotierende Welle aushalten kann, während sie Kraft durch den Rest des mechanischen Systems überträgt.
Es gibt zwei Arten von Steifigkeit in einem rotierenden mechanischen System, das von einer Welle angetrieben wird – Torsionssteifigkeit und Biegesteifigkeit. Eine andere, genauere Möglichkeit, diese Kräfte zu beschreiben, besteht darin, sie als Torsions- und Biegefestigkeit einer Welle zu bezeichnen. Sowohl die Biege- als auch die Torsionssteifigkeit werden in Pfund pro Zoll oder Newton pro Meter gegen die Oberfläche der Welle gemessen.
Die Torsionssteifigkeit ist entlang der festgezogenen äußeren Schicht (TOL) der Welle stärker und entlang der gelockerten äußeren Schicht (LOL) der Welle schwächer. Wenn sich die Kraft des Drehmoments in die gleiche Richtung wie die Bewegung der Welle windet, ist die Energieübertragung viel effizienter, da die Torsionskraft das TOL komprimiert, wodurch weniger Energie durch Wärme und Reibung abgeleitet werden kann. In einem rotierenden mechanischen System ist im Allgemeinen eine höhere Torsionssteifigkeit entlang der TOL wünschenswert.
Wenn sich die Torsionskraft entgegen der Drehrichtung der Welle dreht, wird mehr Energie entlang der LOL der Welle aufgebracht. Dies kann zu einem extremen Wirkungsgradverlust bei der Energieübertragung von der Radialwelle auf die übrige Mechanik führen. Durch die Dekompression des Schafts, wenn sich die Schicht lockert und ausdehnt, kann mehr Energie aus dem mechanischen System abgeleitet werden, was bedeutet, dass weniger Kraft aufgebracht wird.
Im Allgemeinen funktioniert ein rotierendes mechanisches System unter sonst gleichen Bedingungen am besten, wenn die auf das System ausgeübte Kraft durch die radiale Welle in die gleiche Richtung übertragen wird, in der sich die Welle dreht, um die Energie aus dem System zu übertragen. Diese Tatsache schränkt die Vielfalt und Komplexität der herstellbaren mechanischen Systeme ein, aber mit harmonischen Dämpfern und Ausgleichern können Gegenkraft-Rotationssysteme konstruiert werden, die relativ effizient sind, wenn die Torsionssteifigkeitsniveaus entlang der LOL der Welle hoch sind.