resortes - posición. - vibraciones. - metrología. - almacenar energía. aplicaciones
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RESORTES
- Posición. - Vibraciones.- Metrología.- Almacenar energía.
APLICACIONES
Tensión - Deformación
Performance indexPerformance index
Indice de Rendimiento
Valores usualesValores usuales
• Polímeros: 0.01 – 0.1 Elastómeros: 0.1 -1.0• Metales: 0.001 – 0.01• Compuestos y madera: 0.01• Cerámicos: 0.001 – 0.01
E
S
1992
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
Elastómeros
AcerosCerámicas
Alto carbonoInoxidableAleaciones no ferrosasFibra vidrio laminada
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
Coeficientes de TensiónCoeficientes Ap y m, para materiales empleados en resortes.
m
put d
A S
Precaución: Alambre preendurecido D/d<4 ó d>1/4´
Material Código Rango de tamaños
Constante, Ap
ASTM/SAE
in. mm m ksi Mpa
Alambre de pianoa
Revenido aceiteb
Alambre estiradoc
Cromo vanadiod
Cromo silicioe
A228/1085
A229/1065
A227/1066
A232/6150
A401/9254
0.004-0.2500.020-0.5000.028-0.5000.032-0.4370.063-0.375
0.1-6.50.50-120.70-120.80-121.6-10
0.1460.1860.1920.1670.112
196149136169202
21701880175020002000
aSuperficie lisa libre de defectos y con acabado: lapeado.bSuperficie con cascarilla ligera de tratamiento térmico, que se debe de remover antes de enchapar.cSuperficie lisa y brillante sin marcas visiblesdAlambre templado con calidad aereonaval; también se obtiene recocido.eTemplado a Rockwel C49 ; también se obtiene sin templar.
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
Fatiga en Resortes
Zimmerli(1957) / diámetros menores 3/8”(10 mm)Sse= 45Ksi (310Mpa) Resortes sin granallarSse= 67,5Ksi (465Mpa) Resortes granallados Sin tener en cuenta Kg.
Resortes de extensión: Terminaciones
(a) Diseño convencional; (b) Vista lateral del caso (a); (c) diseño mejorado del caso anterior; (d) vista lateral del mismo.
uttywwB
B
bA
bA
A
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)67.06.0(/2
/44
14/
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
CCKK
d
M
arev
arev
ii
18,10/
18,10
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14/
32
2
2
2
3
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eeba
NNN
NDD
D
llNNNN
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'
21
//
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
l
EnbtPk
Enbt
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Resortes Belleville
i
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2
2
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422
1
3
oplana DK
EhtP
Parámetros Rd – h/t
Comportamiento de un resorte Belleville
Respuesta fuerza - deflexión de un resorte Belleville [de Norton, R.L. Machine Design (1996)].
% deflexión respecto al plano
% d
e la
fue
rza
resp
ecto
al
plan
o
h/t
Resortes Belleville
Diferentes disposiciones.
(a) En paralelo; º (b) En serie.
Fuerza vs Deformación
Unidad de alimentación Dickerman
[de SME(Society of Manufacturing Engineers) (1984).]
Unidad de alimentación Dickerman
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.
EJERCICIOS
3. Diseñe un resorte de extensión sometido a la carga variable de 50 a 100 lb. a lo largo de la deflexión dinámica de ½”. Material ASTM228(alambre de piano) d=0.177” y C=9.
dado que las cargas son dinámicas no conviene emplear resortes granallados para mejorar la fatiga a extensión.
4. Una barra de longuitud 1 m, tiene una carga situada a 30 cm de uno de los extremos. En los apoyos A y B hay dos muelles idénticos y en B hay un muelle más, de tal manera que en principio se encuentran horizontales y mantienen esta condición cuando alcanzan la longuitud de bloque. Determinar la dimensiones para una carga variable de 0 a 500 kg.
5. Un resorte de hojas para el mecanismo de una rueda de locomotora es de acero (E= 207Gpa) de dimensiones: espesor de 20mm y longuitud 1,6 m. se somete a una carga de 12,5 Ton a la mitad de cada resorte de hojas. El esfuerzo a flexión máximo es de 1050Mpa. Hallar: Ancho del resorte para n=3 y altura a la cual debe de levantarse la locomotora a fin de descargar los resortes durante las revisiones.
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