FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIALUNIDAD X:

ELEMENTOS DE MÁQUINAS

RESORTES MECÁNICOS

ING. José Hidalgo C., M.SC. 1

RESORTES MECÁNICOS INTRODUCCIÓN

• Los resortes mecánicos son elementos que se deforman sinromperse cuando están sometidos a cargas moderadas,deformación que en ciertos eventos puede llegar a serconsiderable. Los resortes generalmente deben montarse enespacios reducidos, lo que induce a aprovechar al máximo elmaterial.

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• Para el proyectista es de primordial importancia conocer los valoreslimites de resistencia del material para efectos de un correctocalculo del resorte.

• Las principales aplicaciones de los resortes de uso común son:

• APLICACIONES

• 1.- Para absorber energía debida a la subida aplicación de unafuerza, como en los amortiguadores.

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• 2.- Para controlar los movimientos de las piezas de unmecanismo que de otra manera estaría incompletamenteguiado (o mal guiado). Para mantener el contacto porejemplo entre un vástago y una leva, conocido como "cierrede fuerza"

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• 3.- Como un medio de almacenar energía o como una fuentesecundaria de energía como es el caso de los resortes enespiral de los relojes.

• 4.- Para equilibrar o medir fuerzas o pesos, como en lasbalanzas de resorte en los dinamómetros.

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• 5.- Para contrapesar fuerzas que conlleven a una regulación,como los reguladores de velocidad en las turbinas a vapor.

• 6.- Para controlar vibraciones.

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RESORTES HELICOIDALES

• Los resortes o muelles helicoidales son elementos mecánicos que semontan entre dos partes mecánicas de una máquina, con el fin deamortiguar impactos o de almacenar energía y devolverla cuando searequerida.

• Consisten en un arrollamiento de espiras de alambre normalmenteredondo y de sección cuadrada o rectangular; el material del alambredebe poseer alto límite de elasticidad para que cumpla con lassolicitaciones indicadas.

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CLASIFICACION SEGÚN FUERZAS O TENSIONES DE LOS RESORTES HELICOIDALES

• De acuerdo a las fuerzas o tensiones que puedan soportar, se distinguen tres tipos principales de resortes:

• Resortes de tracción o tension: Estos resortes soportan exclusivamente fuerzas de tracción y se caracterizan por tener un gancho en cada uno de sus extremos, de diferentes estilos: inglés, alemán, catalán, giratorio, abierto, cerrado o de dobles espira. Estos ganchos permiten montar los resortes de tracción en todas las posiciones imaginables.

• Resorte cónico de compresión.

• Resortes de compresión o presion: Estos resortes están especialmente diseñados para soportar fuerzas de compresión. Pueden ser cilíndricos, cónicos, bicónicos, de paso fijo o cambiante.

• Resortes de torsión: Son los resortes sometidos a fuerzas de torsión (momentos).

• Existen muelles o resortes que pueden operar tanto a tracción como a compresión.

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RESORTES DE TRACCION O TENSION

• Llamados también de extensión es un resorte helicoidal queofrece resistencia a una fuerza de tiro.

• Se fabrican de alambre de sección circular y espiras encontacto unas con otras. Los fabricantes imparten ciertatensión inicial con el objeto de mantener la longitud libre demanera mas precisa.

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Los resortes de tensión son de espiral cerrada. Los resortes de tensiónsoportan las cargas axiales al momento de su estiramiento es decirtrabajan extendiendo el resorte al aplicar la fuerza en sus ganchos.

La aplicación de los resortes de tensión es muy diversa y generalmente losencontramos en partes automotrices, juguetería y en maquinas óherramientas de uso industrial.

Mayormente se los fabrica en espesores de 0.30 mm a 12.7 mm

En toda la variedad de alambres disponibles

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Aplicaciones

• Se aplica en industria en general, usos múltiples, en acero oacero inoxidable telares circulares, sistemas de frenos,electrodomésticos, en partes de vehículos y otrasaplicaciones.

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RESORTES DE TENSIÓN

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CLASES DE EXTREMOS UTILIZADOS EN LOS RESORTES DE EXTENSION

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RESORTES DE EXTENSIÓN

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RESORTES DE COMPRESIÓN O MUELLE

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Se los reconoce porque tienen sus espiras separadas. Trabajan concargas aplicadas que comprimen al resorte.

• Resortes de Compresión

Los resortes de compresión son de espiralabierta, estos se comprimen y almacenanla energía en forma de empuje.

Pueden ser de paso uniforme o variablesegún las necesidades de la aplicación óde uso que se requiera. La baseincrementa también la cantidad deespirales activas y el diámetro delalambre disponible en un volumen dadode espacio, lo que puede dar porresultado cargas mayores o menortensión.

Mayormente se fabrican en espesores dealambre de 0.30 mm A 25 mm. En toda lavariedad de alambres disponibles einoxidables. 16

• Aplicaciones

• Se aplica en canastas de clutches, llenadoras alimenticias,rastras de arado, cribas, chiller de aire acondicionado,espirales de automóviles, y todo uso desde 1mm hasta 1 1/8”,suspensión de automóviles, molinos de caña en ingenios yotras aplicaciones.

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RESORTES DE COMPRESION

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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 TORSIÓN

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Los resortes de torsión son resorteshelicoidales que ejercen torque ofuerza rotativa. Los extremos de losresortes de torsión están unidos aotros componentes, y cuando esoscomponentes rotan alrededor delcentro del resorte, éste intenta volvera su posición original. Aunque elnombre implica otra cosa, los resortesde torsión están sujetos más bien a unesfuerzo flexión que a un esfuerzo detorsión. Pueden almacenar y liberarenergía angular o mantener estáticoun mecanismo en su posiciónreflexionando las piernas al ejecentral del cuerpo.

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Este tipo de resorte normalmente está devanado de manera ajustada peropuede tener paso para reducir la fricción entre las espiras. Dependiendo de laaplicación, los resortes de torsión pueden diseñarse para trabajar con rotacióna favor o en contra del sentido de las manecillas del reloj, determinándose asíla dirección del devanado.

APLICACIONES

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•Los resortes de torsión comunes se utilizan en pinzaspara colgar ropa, tablas para apuntes, tapas de cajas decamionetas o camiones y puertas de cochera. Losresortes de torsión se utilizan en bisagras,contrabalanzas y aplicaciones de retorno de palanca.Los tamaños varían desde miniatura, utilizados enaparatos eléctricos, hasta grandes resortes de torsiónutilizados en unidades de control de asientos.

•A medida que se devanan, los resortes de torsiónreducen su diámetro y se alarga su longitud de cuerpo.Esto debe ser tomado en cuenta cuando el espaciodiseñado es limitado.

•Los Resortes de Torsión se desempeñan mejor cuandoestán soportados por una varilla o un tubo. El diseñadordebe considerar los efectos de la fricción y la deflexióndel brazo en el torque.

RESORTES HELICOIDALES A TORSION

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RESORTES PLANOS O DE BALLESTA

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• La ballesta es un conjunto elástico realizado con láminas deacero de la misma composición que el empleado para losmuelles helicoidales en otros sistemas de suspensión, es decir,aleado con silicio y manganeso. Esta composición más suespecial forjado y temple del acero, permiten a estas láminasdoblarse bajo la acción de una fuerza, retornando a suposición inicial tras el cese de la misma.

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• Las láminas de acero que componen la ballesta reciben el nombrede hojas, y su longitud siempre es diferente respecto a las contiguas, demayor a menor. Las hojas se mantienen unidas mediante un orificiocentral común a todas ellas, atravesado por un tornillo llamado tornillo

capuchino. El conjunto de la ballesta se une al bastidor del vehículomediante la hoja más larga, usualmente ubicada en la posición más alta.Esta hoja recibe el nombre de hoja maestra, y sus extremos estáncurvados tomando una forma cilíndrica para permitir su encaje en elbastidor. Estos extremos curvados se denominan ojos.

• Para mantener la alineación de las hojas, además del tornillo capuchinocentral se dispone de varias bridas en U que impiden el desalineadodurante el proceso de absorción de golpes del sistema de suspensión.Estas bridas se llaman abarcones.

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RESORTES PLANOS O DE BALLESTA

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RESORTES DE LAMINAS O DE HOJAS MULTIPLES

• La mayor parte de muelles de hoja están fabricados en placas de acero. Seutilizan muelles de una o varias hojas, en algunos casos como en la partedelantera como la trasera. Actualmente son utilizados exclusivamente enla parte trasera de automóviles y camiones ligeros.

• Unos muelles de una sola hoja son del tipo de placa de acero de espesorvariable, con una sección central gruesa y delgada hacia ambos lados, locual permite un coeficiente de resorte variable para una conducción suavey una buena capacidad de soporte de carga.

• Un muelle de varias hojas posee una hoja principal con las terminales encada extremo y varias hojas sucesivas mas cortas unidas mediante unperno central o abrazadera.

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• El perno central o abrazadera se ajusta al eje, lo cual impide movimientohacia delante y hacia atrás del eje, conservándolo alineado. En algunoscasos se utilizan tacones o grapadas entre las hojas con el fin de reducir eldesgaste, fricción y el ruido. Los muelles de las hojas poseen un ojo encada extremo para fijarse con el chasis o bastidor.

MATERIALES PARA RESORTES

Los muelles o resortes son elementos mecánicos que pueden recuperar suestado inicial una vez que ha cesado la deformación a la que han estadosometidos.

Como consecuencia de esta deformación, los muelles o resortes ejercenuna fuerza o un momento de recuperación que se puede considerar en lamayoría de los casos proporcional al desplazamiento lineal o angularsufrido.

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• Para su fabricación se emplean aceros de gran elasticidad(acero al carbono, acero al silicio, acero al cromo vanadio,acero al cromo-silicio, etc.), aunque para algunas aplicacionesespeciales pueden utilizarse el cobre endurecido y el latón.Los resortes se utilizan con gran frecuencia en los mecanismospara asegurar el contacto entre dos piezas, acelerarmovimientos que necesitan gran rapidez, limitar los efectosde choques y vibraciones, etc.

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Materiales empleados en resortesNombre común Especificación Módulo

Elástico, E, psi

Módulo de elasticidad

cortante, G, psi

Densidad, ρρρρ,

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

• CLASIFICACION.- Los muelles mecánicos sirven para ejerceresfuerzos, proporcionar flexibilidad, almacenar o absorberenergía. Pueden dividirse en muelles de alambre o de lámina,los muelles de alambre comprenden los resortes helicoidalesy alambre redondo o cuadrado y sirven para resistir esfuerzosde tracción, compresión o torsión. Los muelles de láminaspueden ser de tipo elíptico o de voladizo.

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CLASIFICACION DE RESORTESLos más utilizados en la construcción de

máquinas agrícolas son:

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AUTOEVALUACION

• 1.- ¿Qué son resortes mecánicos? D2

• 2.- Indique las aplicaciones de los resortes mecánicos. D3-6

• 3.- Defina resortes helicoidales. D7

• 4.- Clasifique a los resortes helicoidales según la fuerza o tensión que soportan D8

• 5.- Diferencie resortes de tensión y compresión. D9-10-15-16

• 6.- Diga las aplicaciones del resorte de torsión D 22

• 7.- Diferencie resortes de ballesta con resortes de hojas múltiples. D24 y D28

• 8.- ¿Qué material se emplea para la fabricación de los resortes o muelles? D31

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