RESORTES

República Bolivariana de Venezuela.Instituto Universitario Politécnico Santiago

Mariño.Departamento de Física.

Mérida-Estado-Mérida

Gianfranco Abdul25.643.901

Profesora: Mary Lujano

En el diseño de la mayoría de los elementos mecánicos es deseable, que la deformación inducida por el estado de cargas actuante sea lo más baja posible, Sin embargo, los resortes mecánicos cumplen en las máquinas la misión de elementos flexibles, pudiendo sufrir grandes deformaciones por efecto de cargas externas sin llegar a transformarse en permanentes es decir, pueden trabajar con un alto grado de resiliencia (capacidad de un material para absorber energía en la zona elástica)

INTRODUCCION.

Se conoce como resorte o muelle a un operador elástico capaz de almacenar energía y desprenderse de ella sin sufrir deformación permanente cuando cesan las fuerzas o la tensión a las que es sometido, en la mecánica son conocidos erróneamente como "la muelle", varían así de la región o cultura. Son fabricados con materiales muy diversos, tales como acero al carbono, acero inoxidable, acero al cromo-silicio, cromo-vanadio, bronces, plástico, entre otros, que presentan propiedades elásticas y con una gran diversidad de formas y dimensiones

RESORTE

CLASIFICACION DE LOS RESORTES.

En forma general, los resortes se clasifican en:Resortes de alambre de sección transversal circular.Cuadrado o rectangular. Los primeros pertenecen los helicoidales cilíndricos para trabajar a compresión, tracción y torsión; y los helicoidales cónicos para trabajar a compresión.Al segundo grupo, los resortes espirales o de torsión (como los del reloj), los de hojas (ballestas) y los de disco

APLICACIÓN DE LOS RESORTES.La aplicación de los resortes son muy variados entre las mas importantes pueden mencionarse las siguientes: Como elementos absorbedores de energía o cargas de choque, como por ejemplo en chasis y topes de ferrocarril. Como dispositivos de fuerza para mantener el contacto entre elementos, tal como aparece en los mecanismos de leva y en algunos tipos de embragues. En sistemas de suspensión y/o amortiguación, percibiendo la energía instantánea de una acción externa y devolviéndola en forma de energía de oscilaciones elásticas. Como elemento motriz o fuente de energía, como en mecanismos de reloj y juguetes, dispositivos de armas deportivas, etc. Como absorbedores de vibraciones.

Resortes que comúnmente se usan con su carga aplicada

TIPOS DE RESORTESLos Tipos de Resortes son:

Resortes de Tracción.

Resortes de Compresión.

Resortes de Torsión.

RESORTES DE TRACCIÓN.Resortes Helicoidales cilíndricos para trabajar a Tracción.Los resortes helicoidales cilíndricos de tracción a diferencia de los de compresión, se bobinan con las espiras cerradas, y por lo general durante el proceso de conformado se les induce una tracción inicial como resultado del par torsional generado sobre el alambre; a medida que se enrolla en el mandril conformador. Por la razón anterior, en la mayoría de los casos a estos resortes se les debe aplicar una determinada carga para que las espiras comiencen a separarse.

Resorte Helicoidal cilíndrico para Trabajar a Tracción.

Análisis de Carga, Esfuerzos y Deformaciones de los Resortes de Tracción.

Las expresiones obtenidas para los resortes helicoidales cilíndricos de compresión, son aplicables al denominado cuerpo de los resortes de tracción, exceptuando el hecho que en estos últimos se da margen para una tracción, en caso de existir.

La tracción inicial puede regularse y varia de acuerdo a los tipos de maquinas conformadoras de resortes, donde el intervalo del esfuerzo torsional debido únicamente al pretensado recomendado, como resultado de la tracción inicial.

Es de hacer notar que si la carga de tracción inicial no supera el valor de la tracción inicial inducida, las espiras del resorte no se separan. Una vez que se separan, podrá aplicarse la Ley de Hooke y el esfuerzo cortante en el cuerpo del resorte se determina la carga axial resultante:

Fa = Fi + KyDonde: Fa: carga axial de tracción. Fi: tracción inicial o precarga.

Ademas debe cumplirse que Fi ≤ ∏Ԏidᶟ 8Dm

Materiales Usados para los Resortes Helicoidales

Los resortes se fabrican mediante procesos de trabajo en frió o en caliente, dependiendo dichos procesos del diámetro del alambre, del índice del resorte y de las propiedades deseadas.Para la fabricación de los resortes helicoidales se disponen de una gran variedad de materiales, usándose preferiblemente algunos tipos de aceros, desde los comunes que se utilizan en los resortes de espiras gruesas y que se fabrican en caliente, así como en resortes planos, ballestas y barras de torsión, hasta los aceros de alto contenido de carbono y de aleación preferidos por los fabricantes.

Generalmente se usan los materiales que se ajustan al comportamiento dado por la ecuación:

σu = Adᶟ

RESORTES DE COMPRESIÓN.Resortes Helicoidales cilíndricos de Alambre de Sección Transversal Circular.Es un elementos de máquinas que poseen la propiedad de experimentar grandes deformaciones (tal vez por excelencia), 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.

Resorte Helicoidal cilíndrico de alambre de sección transversal circular

Resorte helicoidal de compresión cilíndrico de alambre de sección transversal circular, sometida a carga

Diagrama de cuerpo libre

La parte seleccionada ejercerá una carga cortante directa y un momento torsor en la parte restante del resorte, notándose que el efecto de la carga axial es de producir una torsión en el alambre.

Diagrama de cuerpo Libre

Distribución de esfuerzos puede quedar de la siguiente manera

a) Efecto de torsión purab) Efecto de corte puro.c) Efectos Combinados.d) Tomando en cuenta el concentrado de esfuerzos por curvatura.

A los resortes de compresión en una gran variedad de aplicaciones, se le debe comprimir hasta el punto de que todas sus espiras se encuentren en contacto, por lo que deben determinarse parámetros como la longitud del resorte sin carga (longitud libre), la longitud del resorte totalmente comprimido (longitud sólida) y la deformación axial necesaria para convertir el resorte en un sólido (deformación al sólido). Dichos parámetros se relacionan a través de

Lo = Ls + YsDonde: Lo: longitud libre del resorte. Ls: longitud sólida. Ys: deformación al sólido.

Tipos de terminaciones para los extremos de los resortes

a) Simpleb) Simple y esmeriladoc) Cerrado y escuadradod) Cerrado y esmerilado

Resortes Helicoidales cilíndricos de Alambre de seccioón transversal cuadrada y rectangular.

Los resortes helicoidales de alambre con secciones transversales cuadrada y rectangular, se utiliza en aplicaciones con cargas elevadas, aunque con mayor regularidad donde las limitaciones de espacio los hacen indispensables. Estos resortes son mas resistentes que aquellos de alambre de sección circular del mismo tamaño, pero poseen la desventaja que su normalización es limitada.

En general, se considera la mejor alternativa cuando se tiene la necesidad de soportar cargas elevadas o eliminar vibraciones, evitando el usar resortes de secciones especiales.

Comúnmente, se utilizan dos o mas resortes helicoidales cilíndricos de alambre de sección transversal circular, donde todos están sujetos a la misma deformación axial como consecuencia de una carga externa aplicada. Esto corresponde a una disposición de resortes en paralelo.

Resorte Concentricos

Resortes Helicoidales Cónicos

Esta clase de resortes puede considerarse como un resorte helicoidal en el que los diámetros de las espiras sucesivas son distintas. . A pesar de no ser de uso muy frecuente, este tipo de resorte posee la cualidad de ser de rigidez creciente a medida que la carga aumenta, es decir, una relación decreciente de deformaciones por carga unitaria; y además se emplea en los casos en que resulta difícil o no es conveniente guiar al resorte para impedir el pandeo bajo caga.

Estos resortes se usan exclusivamente para soportar cargas axiales de compresión y se construyen con alambre de sección transversal circular, ocurriendo por lo general, el esfuerzo máximo en la espira de menor tamaño, pero dado que el índice del resorte decrece hacia el extremo menor, deberá siempre verificarse el esfuerzo en la espira de menor diámetro:

Donde para la espiral mayor del resorte poseerá un valor de C mayor que para la espira de menor tamaño, y por tanto, a través de la expresión anterior deberá hacerse la comprobación correspondiente.

RESORTES DE TORSIÓN.

Los resortes de torsión tienen extremos que se giran en deflexión angular u ofrecen resistencia a fuerzas de torsión aplicadas externamente. El alambre mismo es sometido a fuerzas de flexión más que de torsión (como se esperaría por su nombre). Los resortes de torsión de este tipo suelen tener un enrollado cerrado, tienen un diámetro de espiral reducido y aumentan en longitud corporal cuando se flexionan. El diseñador debe considerar los efectos de la fricción y la deflexión del brazo sobre la torsión.

Los resortes de torsión pueden consistir en un resorte de torsión doble y tener un espacio entre las espirales para minimizar la fricción. Los resortes de torsión dobles consisten en una sección de espiral derecha y otra izquierda conectadas, y funcionan en paralelo. Las secciones se diseñan en forma separada, y la torsión total que se ejerce es la suma de las dos.

Los Tipos de Resorte de Torsión son:

Diagrama de Resortes de Torsión

Los resortes de torsión se usan para almacenar energía rotacional o para aplicar torque (fuerza de torsión). Siempre es mejor diseñar resortes de torsión para enrollar en uso y aplicar fuerza en la dirección del enrollado. De otro modo pueden sobrevenir tensiones de curvatura desfavorables. Al desviar un resorte de tensión en la dirección del enrollado, el diámetro del resorte disminuye y la longitud del resorte aumenta. En estos casos se recomienda que el resorte de torsión se apoye en su propio diámetro interno (I.D.) con una barra o tubo de tamaño tal que no se doble al desviarse el resorte de torsión

Los resortes de doble torsión son un tipo común de resorte de torsión. Se fabrican con una componente a la izquierda y otro a la derecha que se conectan en el centro. Es posible tener los componentes conectados en el borde exterior, aunque no es recomendable.La mayoría de los resortes de torsión están enrollados con las vueltas de espiral tocándose, pero con mínima tensión inicial. Para estos resortes, la longitud puede calcularse multiplicando el diámetro del alambre por el número de vueltas de la espiral, y luego agregar uno.

Usos de los Tipos de Resortes de Torsión.

Uno de los uso de resortes de torsión mas frecuente son las pinzas de la ropa y las trampas para ratones tradicionales. Otros usos menos conocidos son en los mecanismos de contrapeso en las puertas de garaje, o en los mecanismos de apertura de maleteros de coches. Algunos pequeños resortes se usan para equipos electrónicos como tapaderas de cámaras digitales o reproductores de CD. Otros usos más específicos son:Barra de suspensión de torsión ha sido utilizado en la suspensión de vehículos. La barra estabilizadora usada en los sistemas de suspensión de vehículos también usa el principio del resorte de torsión.El péndulo de torsión usado en el reloj de péndulo de torsión se compone de un peso suspendido con forma de rueda que está unido a un cable mediante un resorte de torsión. El peso rota alrededor del eje del resorte, girando éste, en vez de pendular como un péndulo ordinario. La fuerza del resorte revierte la dirección de rotación, por lo que la rueda oscila hacia un lado y otro, dirigiendo así los mecanismos del reloj. La catapulta de torsión o mangana es un ingenio de asedio medieval inventado en la Grecia Antigua. Se basa en la torsión de un resorte mediante cuerdas enrolladas que consiguen propulsar el brazo de la catapulta lanzando proyectiles con una gran fuerza. El resorte regulador es un resorte usado en relojes que se basa en el principio del resorte de torsión.

Nombre común Especificación Módulo Elástico,

E, psi

Módulo de elasticidad

cortante, G, psi

Densidad, ,

lbf/in.3

Máxima temperatura de servicio

°F

Principales características

Aceros alto contenido en carbono Alambre de piano ASTM A228 30 x 106 11.5 x 106 0.283 250 Alta resistencia; excelente

vida a la fatiga Estirado en frio ASTM A227

30 x 106

11.5 x 106

0.283

250 Uso general; pobre vida a la

fatiga Aceros inoxidables Martensítico AISI 410, 420 29 x 106 11 x 106 0.280 500 No satisfactorio para

aplicaciones sub-cero Austenítico AIAI 301, 302 28 x 106 10 x 106 0.282 600 Buena resistencia a

temperaturas moderadas;baja relajación de esfuerzos

Aleaciones con base cobre Latón para resorte

ASTM B134 16 x 106 6 x 106 0.308 200 Bajo costo; alta conductividad; propiedades mecánicas deficientes

Bronce fosforado ASTM B159 15 x 106 6.3 x 106 0.320 200 Capacidad para soportar flexiones repetidad; aleación muy común.

Cobre al berilio ASTM B197 19 x 106 6.5 x 106 0.297 400 Alta resistencia elástica y a la fatiga; Templable

Aleaciones con base níquel Inconel 600 - 31 x 106 11 x 106 0.307 600 Buena resistencia; Alta

resistencia a la corrosión Inconel X-750 - 31 x 106 11 x 106 0.298 1100 Endurecimiento por

precipitación; para altas temperaturas

Ni-Span C - 27 x 106 9.6 x 106 0.294 200 Módulo constante sobre un amplio rango de temperatura

MATERIALES USADOS EN LOS RESORTES

EJEMPLOS1.-) Cuatro pasajeros con una masa total de 300 kg observan que al entrar en un automóvil los amortiguadores se comprimen 5 cm. Si la carga total que soportan los amortiguadores es de 900 kg, hállese el período de oscilación del automóvil cargado.Desarrollom = 300 kg.x = 5 cm.Carga total = 900 kg.K = F/xK = 300.9,8/0,05 = 58800 N/m

2.-) Dos resortes de la misma longitud natural pero con diferentes constantes de recuperación k1, y k2, se encuentran unidos a un bloque de masa m, situado sobre una superficie horizontal sin rozamiento. Calcúlese la constante de recuperación efectiva en cada uno de los tres casos (a), (b) y (c).

a.-)

b.-)

c.-)

a.-) F= K.x F =F1 + F2 K.x = K1.x + K2.x K = K1 + K2

b.-) F = K.x F =F1 + F2 K.x = K1.x + K2.x K = K1 + K2

c.-) X1 = L1 – L0X2 = L2 – L0X = X1 + X2F = K.xX = F/KF/K = F/K1 + F/K2 por lo que es la misma fuerza .1/K = 1/K1 + 1/K2K = K1.K2/(K1 + K2) (resortes en paralelo tambien conocido)

3.-) Un cuerpo de 5 kg de masa cuelga de un resorte y oscila con un período de 0,5s. ¿Cuánto se acortará el resorte al quitar el cuerpo?.

Desarrollom = 5 kgT = 0,5 sk = ω².mk = (2.π /T)².mk = (2.π /0,5)².5k = 789,56x = m.g/kx = 5.9,8/789,56x = 0,062 m

4.-) Un cuerpo de masa m se halla suspendido de un resorte helicoidal habiéndose medido el tiempo empleado en 100 oscilaciones completas para los siguientes valores de m:

m(g) 100 200 400 1000Tiempo empleado en 100 oscilaciones (s) 23.4 30.6 41.8 64.7

Dibújense las graficas de los valores medidos de:a) t en función de mb) t² en función de mc) ¿Concuerdan los resultados experimentales con la teoría?.d) ¿ES alguna de las gráficas recta?.e) ¿Pasa la recta por el origen?.f) ¿Cuál es la constante de recuperación del resorte?.g) ¿Cuál es su masa?

a.-) T = 2. ∏ .√m/k m T100 62.83200 88.857400 126.663

1000 168.691

b.-) T² = 4.∏².m/KM T²

100 0.39*10'''' 4/k

200 0.79*10'''' 4/''k

400 1.5*10'''' 4/k

1000 3.9*10'''' 4/k

c) Si, concuerdan por sus gráfica e t.

d) Si la correspondiente a la de t²

e) No pasan por el origen, si así fuera no existiría el movimiento, ya que la masa es cero.

f) Haciendo algunas aproximaciones, utilizando la fórmula T² = 4.π².m/k,se tiene que K = 8,52 din.cm

g) La masa del resorte utilizando aproximaciones, m = k.(T/2.π)² = 18,17 g

CONCLUSIONESNo todos los resortes se estiran lo mismo con el mismo peso (fuerza).

Dicho de otra manera cada tipo de resorte va a dar una medida distinta de alargamiento aunque se sometan a una misma fuerza (peso).

A medida que la fuerza es mayor el alargamiento también sera mayor o, lo que es lo mismo, el peso (fuerza) y el alargamiento de un resorte son directamente proporcionales.

La deformación que se produce en el resorte es por la cantidad de peso (masa) que se le aplica.

gracias

Por su atención