SISTEMAS DE AUTOMﾃ天IL II
1.1- Generalidades Los muelles, también llamados resortes, son elementos mecánicos que tienen la capacidad de deformarse ante la actuación de un esfuerzo, y que pueden recuperar su estado inicial una vez haya cesado el esfuerzo actuante sobre el muelle.
Como consecuencia de la deformación, los muelles acumulan una energía que, una vez haya cesado el esfuerzo que actúa sobre el muelle, es liberada mediante una fuerza o momento de recuperación que consigue volver al muelle a su estado inicial, y que se puede considerar, en la mayoría de los casos, de una magnitud proporcional al valor de la deformación lineal o angular sufrida por el muelle. Los muelles o resortes tienen múltiples aplicaciones, entre los que destaca su empleo como elementos en la suspensión de vehículos debido a la flexibilidad que proporcionan, también como sistema para ejercer esfuerzos, o como elementos para almacenar o absorber energía. En otras ocasiones, los muelles se pueden utilizar en aquellos mecanismos diseñados para asegurar el contacto permanente entre dos piezas, para acelerar movimientos que necesitan de una gran rapidez, o para limitar los efectos de choques y vibraciones, etc. En este tutorial se van a estudiar los muelles de tipo helicoidales, que están fabricados de un alambre enrollado formando una espira y que sirven para resistir principalmente esfuerzos actuantes de tracción, compresión o de torsión sobre el muelle.
1.2- Material de los muelles Debido a la gran capacidad de deformación que deben soportar los muelles, es necesario que para su fabricación se empleen aquellos tipos de aceros que puedan ofrecer una gran elasticidad, como son los aceros al carbono, aceros al silicio, aceros al cromo-vanadio, aceros al cromosilicio, etc. En algunas otras aplicaciones especiales es posible utilizar otros materiales para la fabricación de muelles, además del acero, como son el cobre endurecido y el latón. No obstante, como el acero es de los materiales más empleados, en la siguiente tabla se muestran las propiedades y designación de los tipos aceros más usados para la fabricación de muelles: Tabla 1. Tipos de Aceros para Muelles
Designación Simbólic a
38Si7
61SiCr7
55Cr3
51CrV4
Normas Nacionales
Norma Vigent e Numéric a
1.5023
1.7108
1.7176
1.8159
EN 10089
EN 10089
EN 10089
EN 10089
UN E
F 145 1
F 144 2
F 143 1
F 143 0/F 143
AFNO R
41 S 7
61 SC 7
55 C 3
51 CV 4
DIN
38Si7
60SiCr7
55Cr3
50CrV4
Propiedades Mecánicas
AISI/SA E
Campo de Aplicación
Re Rm Durez Tenacida (N/mm2 (N/mm2 a d (J) ) )
-
Arandela de muelles, tensores para el sector de la cosntrucció n
máx. 217 HB
≥ 1030
1180 1370
-
9262
Muelles para el sector marítimo, la construcció n y la maquinaria
máx. 248 HB
≥ 1150
1350 1600
≥5
5155 / 5160
Muelles aptos para piezas de mayores dimensione s
máx. 248 HB
≥ 1200
1400 1650
≥9
6145 / 6150
Acero estándar de muelles, para cargas elevadas (1370 1720 N/mm2)
máx. 248 HB
≥ 1200
1400 1700
≥9
52CrMoV 4
1.7701
EN 10089
-
51 CDV 4
51CrMoV 4
-
Acero para muelles para cargas elevadas y de mayores secciones
máx. 248 HB
≥ 1200
1400 1700
≥6
(*) Para más información, consultar el Tutorial nº 101 "Estudio y Clasificación de los Aceros" En general, los muelles suelen dividirse en dos grandes grupos, que son los muelles de alambre y los muelles de lámina. Los muelles de alambre, que son fabricados por alambres enrollados que pueden ser de sección redonda o cuadrada, comprenden a los muelles helicoidales, que son el objeto de estudio de este tutorial, y sirven para resistir esfuerzos de tracción, compresión o torsión. Por su parte, los muelles de láminas pueden dividirse a su vez en muelles de tipo elíptico o de voladizo.
Joseph E. Shigley, Larry D. Mitchell. Diseño en Ingeniería Mecánica. Cuarta edición Mc Graw Hill