La rigidité en torsion est la mesure de la quantité de couple qu’un arbre radial peut supporter pendant sa rotation dans un système mécanique. Le concept est au cœur de la mécanique et de l’ingénierie de base, et la rigidité en torsion est l’une des principales forces de mesure pour tout système mécanique qui tourne sur un axe fixe. Cette force existe dans des machines aussi petites qu’une montre de poche et aussi grandes qu’un équipement industriel lourd. Il est essentiel de comprendre la quantité de contrainte qu’un arbre rotatif peut supporter tout en transmettant la force à travers le reste du système mécanique.
Il existe deux types de rigidité dans un système mécanique rotatif entraîné par un arbre : la rigidité en torsion et la rigidité en flexion. Une autre façon plus précise de décrire ces forces est de les appeler la résistance à la torsion et à la flexion d’un arbre. La rigidité en flexion et en torsion est mesurée en livres par pouce ou en newtons par mètre par rapport à la surface de l’arbre.
Le taux de rigidité en torsion est plus élevé le long de la couche externe serrée (TOL) de l’arbre, et plus faible le long de la couche externe desserrée (LOL) de l’arbre. Lorsque la force du couple s’enroule dans la même direction que le mouvement de l’arbre, le transfert d’énergie est beaucoup plus efficace car la force de torsion comprime le TOL, ce qui permet de dissiper moins d’énergie par la chaleur et la friction. Un taux plus élevé de rigidité en torsion le long de la TOL est généralement souhaitable dans un système mécanique rotatif.
Lorsque la force de torsion tourne contre la direction dans laquelle l’arbre tourne, plus d’énergie est appliquée le long de la LOL de l’arbre. Cela peut entraîner une perte d’efficacité extrême dans le transfert d’énergie de l’arbre radial au reste du système mécanique. La décompression de l’arbre, à mesure que la couche se desserre et se dilate, permet à une plus grande partie de l’énergie de se dissiper hors du système mécanique, ce qui signifie que moins de force est appliquée.
En général, toutes choses étant égales par ailleurs, un système mécanique rotatif fonctionne mieux lorsque la force appliquée au système est transférée à travers l’arbre radial dans la même direction que l’arbre tourne pour transférer l’énergie hors du système. Ce fait limite la variété et la complexité des systèmes mécaniques qui peuvent être construits, mais avec des amortisseurs et des équilibreurs harmoniques, des systèmes rotatifs à contre-force peuvent être construits qui sont relativement efficaces lorsque les niveaux de rigidité en torsion sont élevés le long de la LOL de l’arbre.