Resortes
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Un resorte es un elemento de máquina que posee la propiedad de experimentar grandes deformaciones dentro del período elástico, por la acción de las cargas que los solicitan, construidos con materiales de alta elasticidad (típicamente acero). El resorte helicoidal de compresión, como parte de los automotores, sustenta las carrocería y carga de los mismos transmitiendo la carga total a los ejes (puntas de eje) y / o árboles (palieres) de ruedas. El resorte helicoidal de compresión es utilizado también en los motores alternativos de combustión interna y en los compresores alternativos de gases , como elemento asegurador del cierre de las válvulas de admisión y escape. Estos dispositivos permiten la aplicación controlada de una fuerza o de un par de torsión; el almacenamiento y la liberación de energía representan otro posible propósito. La flexibilidad permite la distorsión temporal para el acceso y la restauración inmediata de la función. Los resortes se han estudiado con meticulosidad; además, se producen en masa (y, por lo tanto, son de bajo costo) y se han determinado configuraciones ingeniosas para lograr una variedad de propiedades deseadas. En general, los resortes se pueden clasificar como resortes de alambre, resortes planos o resortes con formas especiales, y existen variaciones dentro de estas divisiones. Esfuerzos en Resortes Helicoidales: Se tiene un resorte helicoidal sometido a una fuerza F. se designara con D el diámetro medio de la espira y con d el diámetro del alambre. Si se secciona el resorte en una espira, sobre la parte seccionada se ejerce una fuerza F y una torsión T = FD/2. El esfuerzo máximo en el alambre se calcula como: = +
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conceptos básicos y teoría general sobre resortes y su diseño, consideraciones sobre su factor de seguridad y algunos usos comunes.
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Un resorte es un elemento de máquina que posee la propiedad de
experimentar grandes deformaciones dentro del período elástico, por la
acción de las cargas que los solicitan, construidos con materiales de alta
elasticidad (típicamente acero).
El resorte helicoidal de compresión, como parte de los automotores,
sustenta las carrocería y carga de los mismos transmitiendo la carga total a
los ejes (puntas de eje) y / o árboles (palieres) de ruedas. El resorte
helicoidal de compresión es utilizado también en los motores alternativos de
combustión interna y en los compresores alternativos de gases, como
elemento asegurador del cierre de las válvulas de admisión y escape.
Estos dispositivos permiten la aplicación
controlada de una fuerza o de un par de torsión; el
almacenamiento y la liberación de energía
representan otro posible propósito. La flexibilidad
permite la distorsión temporal para el acceso y la
restauración inmediata de la función. Los resortes
se han estudiado con meticulosidad; además, se
producen en masa (y, por lo tanto, son de bajo
costo) y se han determinado configuraciones
ingeniosas para lograr una variedad de
propiedades deseadas.
En general, los resortes se pueden clasificar como resortes de alambre, resortes
planos o resortes con formas especiales, y existen variaciones dentro de estas
divisiones.
Esfuerzos en Resortes Helicoidales:
Se tiene un resorte helicoidal sometido a
una fuerza F. se designara con D el
diámetro medio de la espira y con d el
diámetro del alambre. Si se secciona el
resorte en una espira, sobre la parte
seccionada se ejerce una fuerza F y una
torsión T = FD/2. El esfuerzo máximo en
el alambre se calcula como:
𝜏𝑚𝑎𝑥 =𝑇𝑟
𝐽+𝐹
𝐴
Sustituimos el valor de T y como el resorte es de sección circular tenemos:
𝜏 =8𝐹𝐷
𝜋𝑑3+
4𝐹
𝜋𝑑2
Siendo el esfuerzo en la una fibra interna del resorte.
Índice del resorte:
𝐶 =𝐷
𝑑
Por lo tanto:
𝜏 = 𝐾𝑠8𝐹𝐷
𝜋𝑑3
Donde 𝐾𝑠 es el factor de corrección del esfuerzo cortante:
𝐾𝑠 =2𝐶 + 1
2𝐶
Efecto de curvatura
El resorte no permanece recto, la curvatura del alambre incrementa el esfuerzo en
el interior del resorte y lo disminuye sólo un poco en el exterior. Este esfuerzo de
curvatura es importante en la fatiga, en carga estática estos esfuerzos pueden
despreciarse debido al endurecimiento por deformación con la primera aplicación
de la carga.
Factor de curvatura:
Factor de Wahl
𝐾𝑊 =4𝐶 − 1
4𝐶 − 4+0.615
𝐶
Factor de Bergsträsser
𝐾𝐵 =4𝐶 + 2
4𝐶 − 3
Cancelando el efecto cortante directo se obtiene el factor de corrección por
curvatura:
𝐾𝐶 =𝐾𝐵𝐾𝑠
+2𝐶(4𝐶 + 2)
(4𝐶 − 3)(2𝐶 + 1)
Deflexión
Aplicando el teorema de Castigliano se puede encontrar la relación que existe
entre la deflexión y la fuerza aplicada al resorte:
𝑦 =8𝐹𝐷3𝑁
𝑑4𝐺(1 +
1
2𝐶2) =
8𝐹𝐷3𝑁
𝑑4𝐺
Razón del resorte:
𝑘 =𝐹
𝑦=
𝑑4𝐺
8𝐷3𝑁
Donde N es el número de espiras activas.
Resortes de Compresión
Existen cuatro tipos de extremos que suelen utilizarse en los resortes de
compresión.
El tipo de extremo afecta el número de espiras y la longitud del resorte.
Aplicaciones
Los Resortes de Compresión pueden encontrarse en una amplia variedad de
aplicaciones, que van desde motores automotrices y grandes prensas de
estampado, hasta aparatos domésticos, podadoras, aparatos médicos, teléfonos
celulares, aparatos electrónicos e instrumentos sensibles.
Los resortes de compresión pueden lograr muchos tipos de aplicaciones como
empujar o torcer, así le permite lograr numerosos resultados. Los resortes de
compresión ofrecen resistencia a fuerzas lineales de comprimir y son en realidad
uno de los más eficiente dispositivos de almacenamiento de energías más
eficientes disponible. Una pluma es un excelente ejemplo de cómo los resortes de
compresión pequeños trabajan. El pequeño resorte comprimirá cuando la pluma
es hecha clic y entonces el pequeño resorte regresará a su posición original. Otros
usos incluyen aislar vibración y aplicaciones altas de temperatura. Los resortes de
compresión que son dirigidos para aplicaciones de alta temperatura pueden
alcanzar hasta 593 °C.
Bibliografía
Diseño de Ingeniería Mecánica, Shigley, 8va Edición, McGraw Hill
