INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIﾃ前 EXTENSION PORLAMAR
PROFESOR:
REALIZADO POR:
JULIAN CARNEIRO
ROMY NAVARRO C.I 22.621.301
PORLAMAR, ENERO DEL 2015
Resorte o Muelle Helicoidal: Un resorte helicoidal, también conocido como un muelle helicoidal, es un dispositivo mecánico, que se utiliza normalmente para almacenar energía que posteriormente es liberada para absorber los golpes; es decir, mantienen una fuerza entre superficies de contactos. En otras palabras, se pueden definir como elementos mecánicos que se montan entre dos partes mecánicas de una máquina, con el fin de amortiguar impactos o de almacenar energía y devolverla cuando sea requerida. Tipos de resortes Helicoidales. Los resortes helicoidales se subdividen de la siguiente manera: Resortes de Compresión: los resortes de compresión son de bobina o espira abierta, destinados a soportar esfuerzos de comprensión y choque, propiedad esta que les permite disminuir su volumen cuando se aumenta la presión ejercida sobre ellos, convirtiéndose en los dispositivos de almacenamiento de energía disponibles más eficientes; representan la configuración más común utilizados en el mercado actual. Su fabricación se realiza a partir de alambre redondo, y sus formas pueden ser: cilíndricas, de barril cónico, convexo y otros tipos de perfil. Resortes de extensión: los resortes de extensión se caracterizan por ser bobinas o espera cerrada, destinados a soportar esfuerzos de tracción cuando son sometidos a la acción de fuerzas opuestas que lo atraen, pueden usarse multitud de configuraciones y longitud del gancho, donde las vueltas unidas suministraran la tensión inicial en el resorte para ayudar a manipular la carga y la velocidad. Sus aplicaciones varían desde pequeños equipos médicos hasta resortes de frenos para maquinaria pesada o automotores. Resortes de Torsión: en los resortes de torsión por lo general sus espiras son por lo general cerradas, están destinados a soportar esfuerzos laterales o deformación helicoidal cuando se le aplica un par de fuerzas paralelas de igual magnitud y sentido contrario, ofrecen resistencia a la aplicación de torque externo. Los resortes de torsión de tipo especial incluyen los de doble torsión y los que tienen un espacio entre las vueltas para minimizar la fricción. Esfuerzos en resortes Helicoidales. Esfuerzo de compresión: hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, teniendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura. Esfuerzo cortante: es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar. Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión cortante. Esfuerzo de torsión: las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central. Están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.
Esfuerzos de tracción: hace que se separen entre si las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda comprimida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su longitud. Aplicación de los resortes Helicoidales. Las aplicaciones de los resortes son muy variadas entre las más importantes pueden mencionarse las siguientes: Como elementos absolvedores de energía o cargas de choque, como por ejemplo en chasis y topes de ferrocarril. Como dispositivo de fuerza para mantener el contacto entre elementos, tal como aparecen en los mecanismos de leva y en algunos tipos de embragues. En sistemas de suspensión o amortiguador, percibiendo la energía instantánea de una acción externa y devolviéndola en forma de energía de oscilaciones elástica. Como elementos motriz o fuente de energía, como en mecanismos de reloj y juguetes, dispositivos de armas deportivas, etc. Como absolvedores de vibraciones.
Requisitos de los Resortes Helicoidales. Los materiales empleados en la fabricación de resortes helicoidales deban ser los apropiados para que el producto final cumpla con todos los requisitos establecidos. A continuación se mencionan algunos de los requisitos deben cumplir los resortes helicoidales. Apariencia: deben presentar una superficie lisa, libre de exfoliaciones, fisuras, ampollas de óxido, pliegues de laminación, inclusiones no metálicas o cualquier otro defecto similar que afecte su normal funcionamiento. Carga: los resortes helicoidales ensayados según el punto 8.2 de la presente norma, deben presentar una tolerancia de carga nominal en función de la constante elástica. Fatiga: no deben fracturarse y la perdida de carga no debe ser mayor al 10% cuando sea sometido a 100.00 ciclos para el caso de resortes helicoidales usados en automóviles de pasajeros y 70.000 para el caso resortes helicoidales a ser usados en vehículo comerciales. Importancia de los Resortes Todo componente de suspensión es considerado una pieza de seguridad. Los resortes helicoidales son los que garantizan la altura de un vehículo y los que absorben los impactos producidos por los pozos e irregularidades del terreno.
Si los resortes no están en buen estado todo el peso es soportado por los amortiguadores y por el resto de las piezas de la suspensión. MATERIALES PARA RESORTES: Alambre para cuerda musical (0.8 – 0.9 C), es el más utilizado para resortes pequeños, se fabrica en diámetros de 0.12 a 3 mm. Temperatura máxima de uso 120 ºC. Alambre revenido en aceite de uso general es más económico que el de cuerda musical. No se emplea con cargas de impacto o choque, se fabrica en diámetros de 3 – 12mm, no se usa a mas de 180 ºC. Alambre estirado duro 0.6 – 0.7 C de uso general y de menor costo produce resortes de menos calidad, no se usa a más de 120 ºC. Acero al cromo vanadio, produce resortes durables y de alta resistencia a la fatiga así como para cargas de impacto, se usa en válvulas para motores de aviación resiste temperaturas de hasta 220ºC. Acero al cromo silicio para resortes de larga duración sometidos a cargas de choque resiste hasta 250ºC. CALCULO DEL RESORTE. El material de los resortes helicoidales trabaja a "torsión". las formulas presentadas en la tabla se basan en este hecho y permiten calcular algunas de las características de resortes cuyas medidas se conocen, sin embargo diseñar uno implica un proceso inverso. Se sugiere partir de unas medidas pre-seleccionadas he ir probando si el diseño cumple con los requerimientos de seguridad aplicando la formula (4) de la figura al final de la página. Puede ser útil seleccionar un índice C = D / d = 4 a 12.
Ejemplo N1: Calcular las dimensiones y el número de vueltas de un resorte capaz de tensar un mecanismo con una fuerza de 500 N, correspondiente a una deformación máxima de 20 mm. Encontrar: a.
La constante elástica del resorte
b.
El diámetro del alambre, el diámetro medio del resorte y el número de espiras.
Resp (a). La constante elástica del resorte de acuerdo a la formula (1) es de :
K = 500 / 20 = 25 N/mm
Resp (b). Seleccionamos un alambre para cuerda musical de diámetro d=3. Escojemos para un primer intento una relación C=D/d=10, por lo tanto:
D = 3 x 10 = 30 mm
la fuerza máxima admisible es según (4)
Fmx.adm = A x d(3 - m ) / 5.88 (D + 0.5 xd) = 2060 x 3(3 - 0.163) / 5.88 (30 + 0.5 x 3) = 251 N
Según la fórmula #4
n = 251 / 500 = 0.50 < 1
No cumple con la condición de resistencia
Segundo tanteo: Diámetro del alambre (d= 3 mm) Diámetro medio del resorte (D= 14mm) Aplicando el mismo procedimiento encontramos que: Fmax.permisible = 510 N Fmax aplicada = 500 N Factor de seguridad:
n = 510 / 500 = 1.02 OK este es el resorte correcto.
Calculamos ahora el numero de espiras con la formula #2
N = G * d4 * Y / (8 * Fmx * D3) = 79300 * 80* 1.84 / (8 * 99 * 203) = 11.7 espiras. VERIFICACIĂ&#x201C;N DE LA RESISTENCIA DEL GANCHO.
Ejemplo N2: