In roterende systemen waarbij een aandrijver via een of meerdere assen en/of overbrengingen een werktuig aandrijft treden altijd torsietrillingen op. Een voorbeeld is een dieselmotor die een generator aandrijft, een elektromotor die via tandwieloverbrengingen een menger aandrijft of de voortstuwingsinstallatie van een schip. Behalve een torsietrilling kan in de schroefas van een schip tevens whirling optreden.

Wat een torsietrilling precies is wordt geïllustreerd aan de hand van een simpel voorbeeld, te weten een massa, opgehangen aan een as, die over een kleine hoek wordt gedraaid en dan losgelaten. De massa zal een beweging gaan uitvoeren waarbij de schijf een draaiing uitvoert tot een bepaalde maximale hoekverdraaiing om vervolgens weer terug te draaien tot een maximale hoekverdraaiing de andere kant op, waarna de beweging weer van draairichting verandert enzovoort. Hierbij varieert de hoek q rondom van de oorspronkelijke positie (zie onderstaande figuur).

De beschrijving van de beweging van het systeem in bovenstaande figuur is vergelijkbaar met dat van een massaveersysteem (vgl. een machine op trillingsdempers) dat een trilling uitvoert. De plaats van de massa in formules wordt dan ingenomen door het massatraagheidsmoment en in plaats van de veerconstante wordt de torsionele stijfheid van de as gebruikt. Zoals gezegd treden er bij een draaiende as naast de gewenste asomwenteling altijd torsietrillingen op. Het is mogelijk dat de hoekverdraaiingen ten gevolge van torsietrillingen in het systeem dermate groot worden dat er ernstige schade optreedt, zoals het verbranden van rubberen elementen of zelfs asbreuk. Het is dus van belang om de torsietrillingen te analyseren en waar nodig veranderingen in het ontwerp aan te brengen.

In de praktijk hebben we echter niet te maken met het eenvoudige systeem van figuur 1 met slechts één vrijheidsgraad. Een dieselmotor bijvoorbeeld is een complex systeem met vele vrijheidsgraden en hetzelfde geldt voor de installatie die hij aandrijft.

Teneinde uitspraken te doen over de torsietrillingen van een dergelijk systeem wordt een torsietrillingsberekening uitgevoerd. De berekening van torsietrillingen is in feite een modale analyse. Dit staat bekend als een eindige elementen/eigenwaarden probleem. Hierbij wordt het systeem opgedeeld in een aantal verbonden units ieder bestaande uit een massaschijf en een as (onderstaande figuur). De massaschijf wordt als star beschouwd en bezit een bepaalde massatraagheid, de as wordt massaloos verondersteld en bezit alleen een torsionele veerconstante en eventueel een torsie demping.

Het model dat verkregen wordt na modale analyse leent zich uitstekend voor torsietrillingsberekeningen aan het gehele systeem.Voor het uitvoeren van deze ingewikkelde torsietrillingsberekening heeft Sonus bv raadgevende ingenieurs de beschikking over een speciaal door haar ontwikkeld softwarepakket. Het resultaat van de berekeningen is het trillingsgedrag van elk onderdeel als functie van het toerental.

Daarbij wordt gekeken of er toerentallen zijn waarbij in de installatie ten gevolge van torsietrillingen gevaarlijk grote hoekverdraaiingen voorkomen, of er ergens te veel energie vrijkomt en of er te grote koppels ontstaan. Is dit het geval dan zal er met grote zekerheid binnen afzienbare tijd schade aan de installatie optreden. Schade als gevolg van torsietrillingen is te voorkomen middels een aanpassing van het ontwerp, zoals het bijplaatsen of verzwaren van een vliegwiel of het veranderen van de asafmetingen. Juist vanwege de kans op schade wordt een torsietrillingsberekening door classificatiebureaus als Lloyds, Germanischer Lloyds, DNV en Bureau Veritas vereist.

In het bovenstaande is uitgegaan van een prognose voor bijvoorbeeld een nog te bouwen schip. Het is echter ook mogelijk dat in een bestaande situatie problemen optreden, waarvan wordt vermoed dat deze worden veroorzaakt door torsietrillingen. In zo'n geval kunnen metingen aangevuld met een modelanalyse hierover uitsluitsel geven en - indien er inderdaad sprake is van schadelijke torsietrillingen - kunnen goed onderbouwde voorstellen tot aanpassingen worden gedaan.

Mocht u nog vragen over of problemen met torsietrillingen hebben dan kunt u contact op nemen met één van onze ervaren adviseurs of schrijf ons hier een berichtje. Dan nemen wij vrijblijvend contact met u op.

Op 9 november 2006 is door een medewerker van Sonus bv raadgevende ingenieurs een lezing over torsietrillingen en hoe een torsietrillingsberekening moet worden uitgevoerd gehouden op het Congres Geluid, Trillingen en Luchtkwaliteit in Nieuwegein. De bij deze presentatie gebruikte slides kunt u hier downloaden als pdf-bestand.

---

	Begrippenlijst:					Site navigatie:

---

Sonus bv raadgevende ingenieurs, dé partner op het gebied van geluid en trillingen

---