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Tensión - Deformación
Curva esfuerzo deformación unitaria para un ciclo completo de carga.
Coeficiente de pérdida∆v= ∆ U/2U
∆ U.-cambio de energía en un ciclo.U.- energía elástica almacenada.
Medida de pérdida de energía/ciclo
Tensión - Deformación
Performance indexPerformance index
Indice de Rendimiento
Valores usualesValores usuales
• Polímeros: 0.01 – 0.1• Metales: 0.001 – 0.01• Compuestos y madera: 0.01• Elastómeros: 0.1 -1.0
E
S
Materiales empleados en resortesNombre 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
Propiedades generales
Resortes helicoidales
(a) alambre recto antes de arrollarlo;
(b) alambre arrollado que muestra el cortante transversal(o directo); (c) alambre arrollado que
presenta el cortante de torsión.
Esfuerzos Combinados.
Esfuerzos cortantes que actúan sobre el alambre y la espira. (a) torsión pura ; (b) carga transversal; (c) esfuerzos combinados, sin efectos de curvatura; (d) mismo caso, teniendo en cuenta los efectos de la curvatura.
Resortes de compresión: Terminaciones
Comunmente se emplean estos cuatro tipos. (a) Simple; (b) Simple y rectificado; (c) cuadrado; (d) Cuadrado y rectificado.
Se obtiene una mejor transferencia de la carga empleando extremos rectificados
Resortes de compresión: Formulación
Tipo de extremo de resorte Termino Simple Simple y
rectificado Cuadrado o
cerrado Cuadrado y rectificado
Número de espiras en los extremos, Ne
0 1 2 2
Número total de espiras, Nt Na Na+1 Na+2 Na+2 Longuitud libre, lf pNa+d p(Na+1) pNa+3d pNa+2d Longuitud de bloque, lb d(Nt+1) dNt d(Nt+1) dNt paso, p (lf-d)/Na lf/(Na+1) (lf-3d)/Na (lf-2d)/Na
Varias longuitudes y fuerzas aplicables a resortes helicoidales de compresión. (a) Sin carga; (b) Bajo carga inicial; (c) Carga de operación; (d) Carga de bloque.
Resortes de compresión: Longuitudes y fuerzas
Fuerza vs. Deflección
Representación gráfica de la deflexión, la fuerza y la longuitud para las mencionadas posiciones del resorte.
Condiciones críticas de alabeo para extremos paralelos y no paralelos de resortes de compresión.[Engineering guide to spring design,Barnes group, Inc.
Resortes de compresión: Alabeo y oscilación
Resortes de extensión: Terminaciones
(a) Diseño convencional; (b) Vista lateral del caso (a); (c) diseño mejorado del caso anterior; (d) vista lateral del mismo.
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A
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/44
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8
2/
)1(4
14/
432
8,
8
22
2
2222
11
11
12
123
1
33
Carga inicial
Rango preferido del esfuerzo de precarga para varios índices de resortes. [adaptado de Almen and Laszlo (1936).]
)(3840434277,139987,2
)(2864033875,181231,4
,23
2
,23
1
psiCCC
psiCCC
máxii
mínii
Resortes de Torsión
DN
dEMK
dE
DNM
CC
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32
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2
2
3
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'
21
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3/
Resortes de hojas (Ballestas)
(a) Resorte en voladizo de placa triangular; (b) resorte de hojas múltiples equivalente.
3
3
3
3
22
6
6
66
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Resortes Belleville
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Comportamiento de un resorte Belleville
Respuesta fuerza - deflexión de un resorte Belleville [de Norton, R.L. Machine Design (1996)].
Resortes Belleville
Diferentes disposiciones.
(a) En paralelo; º (b) En serie.
Fuerza vs Deformación
EJERCICIOS
1. Un resorte helicoidal de compresión con extremos simples se diseñan para tener una razón de resorte, K=100 000 N/m, con un diámetro de alambre, d= 10 mm y un índice de resorte, C=5. El valor de tensión cortante máximo, coincide con la tensión admisible de 480 N/mm2 y un módulo de cortadura, G= 80 Gpa.Hallar: Número de espiras activas, la carga estática máxima permisible, y el paso fabricado demanera que la carga máxima solo comprime el resorte hasta su longuitud sólida.
2.Un resorte de compresión de espiras hecho de alambre de piano con extremos cuadrados y rectificados. Con K= 1250 N/m y soporta una carga estática que lleva al resorte a longuitud de bloque de 60 N. C=10.Hallar: Encuentre el diámetro del resorte y el diámetro medio de la espira para el límite cuando el resorte se comprime a bloque. Proporcione las longuitudes libre y sólida e indique si el alabeo representa un problema. También proporcione una recomendación de diseño.