EJERCICIOS DISEÑO DE RESORTES HELICOIDALES

RESORTES HELICOIDALES A COMPRESIÓN

1. En una caldera, se utiliza un muelle para operar válvula de escape para una presión de vapor de

2,4 MPa, el diámetro de la válvula es de 60 mm. La compresión inicial del resorte es de 24 mm y la

carrera del dado es de 12 mm. Dimensione el resorte helicoidal, utilice un índice de resorte de 6.

2. Diseñe un resorte helicoidal de compresión, con alambre redondo de acero ASTM A227. El

resorte debe accionar un embrague y debe resistir varios millones de ciclos trabajando. Cuando los

discos del embrague estén en contacto, el resorte tendrá 2.5 pulg de longitud y deberá ejercer una

fuerza de 20 lb. Cuando el embrague esté suelto, el resorte tendrá 2.1 pulg de longitud y debe

ejercer una fuerza de 35 lb. El resorte será instalado rodeando un eje redonde de 1,5 pulgadas de

diámetro.

3. Se debe diseñar un dispositivo de sujeción para una pieza de trabajo con un espesor de 1 ½ pulg

en las ubicaciones de sujeción. El detalle de una de las mordazas se muestra en la figura. Se

requiere un resorte para mover la mordaza hacia arriba mientras se quita o se inserta una pieza de

trabajo. Una fuerza de sujeción de 10 lbf resulta satisfactoria. La placa base tiene un espesor de

5/8 pulg. El tornillo de la mordaza tiene una rosca de 7/16 pulg -20 UNF. La longitud libre Lo será

lo suficientemente corta como para que el tornillo de la mordaza puede comprimir el resorte en el

desensamble del dispositivo durante la inspección y servicio, por ello Lo 1.5+3/8 pulg. El

resorte no puede cerrar sólido a una longitud mayor que 1 ¼ pulg. El factor de seguridad en la

longitud sólida debe ser mayor a 1.2 y en servicio mayor a 1.5. Diseñe un resorte helicoidal de

compresión adecuado para este dispositivo.

RESORTES HELICOIDALES A TRACCIÓN

1. Se debe diseñar un resorte de extensión de acero estirado duro para soportar una carga estática

de 18 lbf con una extensión de 0.5 pulg y un factor de diseño n=1.5. Use ganchos en los extremos

de la espira completa con el radio de doblez mayor r=D/2y r2= 2d. La longitud libre debe ser

menor que 3 pulg y las vueltas del cuerpo menores que 30. Las vueltas del cuerpo enteras y medio

enteras permiten que los ganchos de los extremos se ubiquen en el mismo plano. Lo anterior

agrega un costo adicional y se hace sólo cuando es necesario.

2. Diseñe un resorte helicoidal de extensión para servicio promedio, con alambre de acero

inoxidable ASTM A313 tipo 302, para ejercer una fuerza máxima de 162 lb cuando la longitud sea

de 10.8 plg. La constante del resorte debe ser 38 lb/plg, y el diámetro exterior debe ser de 1.75

plg, aproximadamente.

3. Un resorte a tensión usado en una máquina debe ejercer una fuerza que fluctúa de los 45 N (B)

de tensión inicial y 135 N(B´), la constante elástica requerida es de 10.5 N/mm. Cuál es la longitud

de la sección devanada cuando no actúa en ella ninguna fuerza, y cuando actúa la fuerza de 135 N.

Determine una combinación satisfactoria de D, d, N, tipo de material. Diseñe los ganchos,

considere AB=75 mm.

4. El resorte de extensión que se presenta en la figura tiene extremos con espiras completamente

torcidas. El material es alambre de acero AISI 1065 T y R en aceite. El resorte tiene 84 espiras y

está cerrado con una precarga de 16 lbf.

a) Calcule la longitud cerrada del resorte.

b) Encuentre el esfuerzo de torsión en el resorte correspondiente a la precarga.

c) Estime la razón del resorte.

d) ¿Qué carga causaría deformación permanente?

e) ¿Cuál es la deflexión del resorte correspondiente a la carga que se determinó en el inciso d)?

RESORTES HELICOIDALES A TORSIÓN

1. Diseñe un resorte helicoidal de torsión, con alambre de piano, si éste debe ejercer un par de

torsión máximo de 2.5 lb.pulg cuando la deflexión sea de 360° desde la condición libre. El

diámetro exterior del resorte no debe ser mayor que 0.75 pulg. Especifique el diámetro de un

vástago sobre el cuál se montará el resorte.

2. El resorte helicoidal de torsión que se observa en la figura tiene un diámetro exterior de la

espira de 22 mm, 8,25 vueltas y diámetro del alambre de 2 mm. El material del resorte es acero

estirado duro. Cuál sería el momento aplicado si el esfuerzo máximo igualará el límite de fluencia?.

Calcule el diámetro interior del resorte cargado y el desplazamiento angular correspondiente. Las

dimensiones se dan en milímetros.

3. En la ratonera de la figura se utilizan dos resortes de torsión de imagen opuesta. El alambre

tiene un diámetro de 0.081 pulg y el diámetro exterior del resorte en la posición que se muestra es

de 1/2 pulg. Cada resorte tiene 11 vueltas. Mediante un dinamómetro para peces resultó evidente

que se necesita una fuerza de aproximadamente 8 lbf para preparar la ratonera.

a) Diseñe la probable configuración del resorte antes del ensamble, considere un ángulo de

montaje de 165°.

b) Calcule el coeficiente de seguridad del resorte cuando está montado.