Los ejes de transmisión de potencia, por ejemplo en motores y cajas de cambios, están sujetos a cargas de par que provocan que el eje se tuerza o gire alrededor de su eje. De manera similar a las estructuras bajo tensión o compresión, dos propiedades mecánicas importantes de los ejes bajo cargas de torsión son el esfuerzo cortante y el esfuerzo cortante.
La tensión es la resistencia de un material a una fuerza aplicada y la tensión es la deformación resultante de la tensión. El esfuerzo cortante y el esfuerzo cortante (que son cargas causadas por la torsión) ocurren cuando se aplica una fuerza paralela o tangencial a un área. La tensión normal y la deformación normal (causadas por tensión y compresión) ocurren cuando se aplica una fuerza normalmente (perpendicular) a un área.
El torque sobre un eje causa esfuerzos cortantes.
La torsión, o torsión, inducida cuando se aplica un par a un eje provoca una distribución de la tensión sobre el área de la sección transversal del eje. (Tenga en cuenta que esto es diferente de las cargas de tracción y compresión, que producen una tensión uniforme en toda la sección transversal del objeto).
En el rango elástico de un material, el esfuerzo cortante se distribuye a lo largo del radio de un eje, desde cero en el centro del eje hasta un máximo en el borde exterior.
Pareja vs. Tiempo:
El par es una fuerza aplicada a lo largo de una distancia que provoca un cambio en el momento angular. Un momento también es una fuerza aplicada a lo largo de una distancia, pero no provoca un cambio en el momento angular. En otras palabras, el torque hace que un cuerpo gire alrededor de un eje, mientras que una carga momentánea no causa rotación.
El esfuerzo cortante depende del par aplicado, la distancia a lo largo del radio del eje y el momento polar de inercia. (Tenga en cuenta que el momento polar de inercia es función de la geometría y no depende del material del eje).
τ = esfuerzo cortante (N/m 2 Pai)
T = par aplicado (Nm)
r = distancia a lo largo del radio del árbol (m)
J = momento polar de inercia (m 4 )
Al medir el esfuerzo cortante en el borde exterior del eje, a veces se usa la letra "c" en lugar de "r" para indicar que el radio está en su máximo.
El momento polar de inercia (también conocido como segundo momento polar de área) de un cilindro sólido viene dado por:
La cantidad de deformación por corte está determinada por el ángulo de torsión, la distancia a lo largo del radio del eje y la longitud del eje. La ecuación de deformación por corte es válida tanto en el rango elástico como en el plástico del material. Es importante señalar que la deformación por corte y la longitud del eje son inversamente proporcionales: cuanto más largo es el eje, menor es la deformación por corte.
γ = tensión de corte (radianes)
r = distancia a lo largo del radio del árbol (m)
θ = ángulo de torsión (radianes)
L = longitud del eje (m)
También observe que en el centro del eje (r = 0), no hay deformación por corte (γ = 0). Por el contrario, la deformación cortante está en su valor máximo (γ = γ max ) en la superficie exterior del eje (r = r max ).
Similar al módulo de elasticidad (E) de un cuerpo en tensión, un eje en torsión tiene una propiedad conocida como módulo de corte (también conocido como módulo de corte o módulo de rigidez). El módulo de corte (G) es la relación entre el esfuerzo cortante y la deformación cortante. Al igual que el módulo de elasticidad, el módulo de corte se rige por la ley de Hooke: la relación entre el esfuerzo cortante y la deformación cortante es proporcional hasta el límite proporcional del material.
O 
G = módulo de corte (Pa)
Tenga en cuenta que el proceso de falla de un eje en torsión no es tan simple como el proceso de falla de una estructura en tensión. Esto ocurre porque los cuerpos bajo tensión experimentan una tensión constante en toda su sección transversal. Por tanto, la insuficiencia se produce simultáneamente en todo el cuerpo.
Como se describió anteriormente, para un eje en torsión, el esfuerzo cortante varía desde cero en el centro del eje (el eje) hasta un máximo en la superficie del eje. Cuando la superficie alcanza el límite elástico y comienza a fallar, el interior aún exhibirá un comportamiento elástico por una cantidad adicional de torque. En algún momento, el par aplicado hace que el eje entre en su región plástica, donde la deformación aumenta mientras el par es constante. Sólo cuando el par provoca un comportamiento totalmente plástico falla toda la sección transversal.
