Resortes (guia completa)

8/15/2019 Resortes (guia completa)

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Resortes

Tema 6 Resortes


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Resortes

Confguraciones de Resortes

Resortes Helicoidales de Compresión


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Resortes



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Resortes



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Resortes



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Resortes

Es uerzos en Resortes Helicoidales

Hecho de alambre redondo, sometido a una fuerza axial F :

Resorte helicoidal de compresión

Resorte helicoidal con carga axial

El esfuerzo máximo en elalambre ocurre en las brasinternas del resorte y sepuede calcular mediante la

superposición del esfuerzocortante directo y el esfuerzocortante torsional


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Resortes




Resorte helicoidal con carga axial

El es uerzo máximo:

donde :El tor ue ! " F#$%,

El radio del alambre r " d$%,El momento polar de inercia: & " 'd($)%El área del alambre * " 'd%$(El +ndice del resorte " -#$d. /ar+aaproximadamente de 0 a 1%2#: #iámetro medio de la espira#: diámetro del alambre3s: factor de corrección del esfuerzo cortante


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Resortes

Es uerzos en Resortes HelicoidalesResorte helicoidal de compresión


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Resortes




El es uerzo máximo:

Factor de corrección del esfuerzo cort ante


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Resortes

E ecto de Curvatura

4i alambre se cur/a como una espiral, existe un mayor esfuerzo enla super cie interior de la espiral2

Wahl determinó el factor de concentración de esfuerzos para unalambre redondo y de nió el factor 35 :

Factor de concentración de Es uerzos

6ncluye tanto los efectos de cortante directo como la concentraciónde esfuerzos debida a la cur/atura, lo cual es /álido para un alambreredondo con 7 12%2


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Resortes

E ecto de Curvatura

El actor de ergstr!sser :

puede utilizarse puede utilizarse ba8o la misma consideración y losresultados de las dos ecuaciones di eren por menos de 19, lamisma está dada por la ecuación



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ResortesE ecto de Curvatura

omo el factor 35 de ahl incluye ambos efectos, pueden separarseen un factor de cur/atura 3c y el factor de cortante directo 3smediante:


35"3s23c

Factor de curvatura "c


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Resortes

#e$exión de Resortes

;as relaciones de


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Resortes

Resortes de Compresión%ipos de Extremos de Resortes deCompresión

Cudynas y ?isbett -%DD .


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Resortes

Resortes de Compresión


Fórmulas para Calcular las #imensiones de Resortes deCompresión

-?a " ?@mero de espiras acti/as .


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Resortes


;os resortes de compresión helicoidales experimentarán alabeocuando la de


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Resortes


Constantes de las Condiciones de Extremos ' de ResortesHelicoidales de Compresión

Esta&ilidad



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Resortes

Resortes de CompresiónEsta&ilidad


G ara *ceros:

ara extremos a escuadra y esmerilados:

" D2I y;o J I2%0#2


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Resortes

(ateriales para ResortesEl material ideal para un resorte de&er)a tener :

=*lta resistencia @ltima

= unto de


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Resortes(ateriales para Resortes

*ceros al altocarbono

y de aleación pararesortes



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Resortes(ateriales para Resortes

?orton -%D11.


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Resortes*lam&re para Resortes

El alambre redondo es el material más com@n para fabricarresortes, el alambre rectangular tan sólo está disponible en unoscuantos tamaKos2

#iámetros de*lambres referidosseg@n *4!B

?orton -%D11.


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ResortesResistencia a la %ensión

;os materiales para resorte se pueden comparar mediante unexamen de sus resistencias a la tensión, ue /ar+an a tal gradocon el tamaKo del alambre

?orton -%D11.


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ResortesResistencia a la %ensión

Constantes * , m para Estimar la Resistencia de %ensión()nima de *lam&res de Resortes Comunes



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Resortes3alores de Es uerzos torsionales (áximos permisi&l


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Resortess uerzos de %orsión (áximos 4ermisi&les de Resort

Helicoidales de Compresión en *plicaciones Estática



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Resortes#ise5o de Resortes Helicoidales de Compresión

para Carga EstáticaCaracterísticas importantes que deben considerarse al diseñar estos resortes bajo

consideraciones estáticas son:

• Índice del resorte: ! " ! #$

%os &ndices m's ba(os son m's dif&ciles de formar )debido al peligro de agrietamiento de la

superficie*

%os &ndices mayores tienden a enredarse con suficiente frecuencia como para requerir empaque

individual.

•

+l intervalo recomendado de vueltas activas: ! -a ! #Para mantener la linealidad cuando un resorte est' a punto de cerrarse, es necesario evitar elcontacto gradual de las espiras )debido a un paso imperfecto*. /na caracter&stica de un resorte de

espiras 0elicoidales es que es idealmente lineal.


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para Carga Estática

Características importantes que deben considerarse al diseñar estos resortes bajo


•

+l diseñador limita el punto de operaci1n del resorte al 2 3 central de la curva entre no carga 4 5 6, y la cerradura 4 5 4s.

%a fuerza de operaci1n m'7ima debe estar limitada a 4m'7 !2894s.

Definiendo el rebase fraccional al cierre como , donde:

4s 5 )# ; * 4m'7


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para Carga EstáticaCaracterísticas importantes que deben considerarse al diseñar estos resortes bajo


+l factor de seguridad al cierre )altura s1lida* : ns = #.$

Donde el valor de s se estima con la carga de compresi1n correspondiente Na la carga de cerradura 4s.


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Resortesarga por Fatiga de Resortes Helicoidales a Compresi

Componente de la amplitud de la resistencia (Ssa)

%os me(ores datos sobre los l&mites de resistencia a la fatiga torsional de resortes de acero

son los que report1 >immerli, que establece:

? Las componentes de la resistencia a la fati a de !ida infinita son:

Para resortes sin martillar: Ssa " #$ %psi (&' *a) Ssm " $$ %psi (#+, *a)

Para resortes martillados: Ssa " $+-$ %psi (#,. *a) Ssm " ++-$ %psi ($#' *a)

+n el caso de utilizar el criterio de @oodman para determinar la componente de la amplitud

de la resistencia


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Resortesarga por Fatiga de Resortes Helicoidales a Compresi

0l límite de resistencia a la torsi1n para !ida infinita (Sse)

*ropuesto por 2immerli :

para todos los alambres para resortes de acero, con di'metro B #6 mm, se obtiene a partir

de las siguientes relaciones:

Sse" '$ %psi (# / *a) para resortes sin granallar

Sse" 6+3$ %psi ('6$ *a) para resortes granallados

Sse" 4a-4b-4c-Se5

+stos valores est'n corregidos por acabado superficial, tamaño del resorte y tipo de carga

aplicada.


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ResortesFrecuencia Cr)tica de Resortes Helicoidales

%os resortes como cualquier dispositivo con masa y elasticidad tienen una o m's frecuencias naturales

)Wn).


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ResortesFrecuencia Cr)tica de Resortes Helicoidales

La frecuencia natural 7n o fn de un resorte 8elicoidal de compresi1n:

Peso de las espiras activas del resorte:

E: es el peso espec&fico del material

=6a recuencia cr)tica undamental debe ser de 78 a 9/ /eces la

frecuencia de la fuerza o mo/imiento del resorte, con ob8eto dee/itar la resonancia con las armónicas2=4i la frecuencia no resulta su cientemente alta, el resorte tiene uediseKarse de nue/o para incrementar ó disminuir W0


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ResortesResortes Helicoidales de Extensión

Resortes de muestra

#imensiones


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ResortesResortes Helicoidales de Extensión

!ipos de Extremos ue se emplean en Resortes deExtensiónCudynas y ?isbett -%DD . .


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ResortesEs uerzos en el Resorte de Extensión

4e estiman de igual forma ue los resortes de compresión, pero siestos contienen un extremo en gancho, se origina adicionalmente$exión , torsión en este2Es uerzos en los Extremos en Resortes de

Extensión:;os ganchos o las ore8as estándares tienen dos ubicaciones de alto esfuerzo:=El es uerzo de tensión en el punto * , puesto ue el extremo estácargado como una /iga cur/a2=El es uerzo máximo de torsión ocurre en el punto , donde el radio de


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Es uerzos en los Extremos en Resortes deExtensión:El es uerzo de torsión máximo en el punto se o&tienemediante:

R% :es el radio en el lado de doblez, debe ser mayor ue (


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Espiras *ctivas en los Resortes de Extensión:

!odas las espiras del cuerpo se consideran espiras acti/as, peronormalmente se agrega una al n@mero de espiras acti/as para obtener

la longitud del cuerpo ;b2?@mero de espiras del cuerpo

;& . ;a


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Constante de Resorte en Resortes deExtensión:;as espiras de un resorte de extensión contienen una precarga Fi uese debe /encer para separarlas2

ur/a de fuerza=de


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6a 6ongitud 6i&re de un Resorte:

;a longitud libre de un resorte -;f. medido dentro de las espiras oganchos de los extremos :

#onde:#: es el diámetro medio de la espira

: es el +ndice del resorte2


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4recarga de la Espira en Resortes deExtensión%a tensi1n inicial en un resorte de e7tensi1n se crea en el proceso de enrollado al

torcer el alambre cuando se enrolla sobre el mandril.

+l intervalo preferido puede e7presarse en tFrminos del esfuerzo de torsi1n nocorregido i como: N

Es uerzos de %orsión de&idos a la %ensión =nicial como Funcióndel >ndice del Resorte C:


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4recarga de la Espira en Resortes deExtensión

Esfuerzos de !orsión debidos a la !ensión 6nicial comoFunción del Ondice del Resorte


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6os (áximos Es uerzos 4ermisi&lesara aplicaciones estáticas de resortes de extensión, los máximosesfuerzos permisibles se corrigen seg@n las directrices ue semuestran en la tabla

Esfuerzos máximos permisibles -corregido por 3 o 3C. de resorteshelicoidales de extensión en aplicaciones estáticas

?orton -%D11.


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Resistencias de (ateriales para Resortes deExtensión:

?orton -%D11.

Resistencias Báximas de Fatiga por !orsión y por Flexión para *lambre de*cero 6noxidable *4!B *%% y *lambre de *cero !ipo )D%, en Resortes

Helicoidales de Extensión con *plicaciones +clicas


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Resortes

El procedimiento de diseKo para resortes de extensión esbásicamente el mismo ue el de los resortes de compresión, con laconsideración adicional de los esfuerzos en los extremos2G on frecuencia se supone un +ndice de resorte y un diámetro delalambre2GEl diámetro medio de la espiral se calcula2GEl +ndice supuesto del resorte se utiliza para determinar elesfuerzo inicial aproximado en la espira2

#ise5o de Resortes Helicoidales de Extensión

R


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Resortes#ise5o de Resortes Helicoidales de Extensión

GBediante ese /alor de esfuerzo inicial es posible calcular laprecarga Fi en la espiral2G4e pueden obtener en seguida los esfuerzos en la espira y en el

extremo, pero se realizan los a8ustes adecuados en los /aloressupuestos para obtener factores de seguridad aceptables2G4e calculan ;a de


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Resortes#ise5o de Resortes Helicoidales de Extensión:

GEl pandeo no existe en los resortes de extensión, pero lafrecuencia natural se deber+a comparar con la frecuencia forzada

en escenarios dinámicos2G;os factores de seguridad se obtienen considerando la resistenciaadecuada del material para la torsión en las espiras, as+ como parala


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ResortesResortes de Espiras Helicoidales de %orsión

Resortes de !orsión Cudynas y ?isbett -%DD .

R


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El ángulo de la ubicación del extremo libre está dado por P2

;a coordenada rotacional Q resulta proporcional al producto Fl2

4u ángulo complementario es 2

ara todas las posiciones del extremo mó/il, Q " S " constante2


#escripción de la ?&icación de los Extremos:

;a ubicación de un extremo respecto del otro está de nida entLrminos de un ángulo @0

;p. @AB1/

;-mero de vueltas parcialespresente en el cuerpo de las espiras :

R


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#escripción de la ?&icación de los Extremos:

El n@mero de /ueltas del cuerpo ?b está relacionado con el ángulo deposición inicial P mediante:

;a ecuación de ?b adopta /alores no enteros y discretos como I2),02), M2),T, con diferencias sucesi/as de 1, como posibilidades deldiseKo de un resorte espec+ co2

Resortes


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ResortesEs uerzo Flexionante

Un resorte de torsión tiene un momento


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ResortesEs uerzo Flexionante

Un resorte de torsión tiene un momento


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Resortes#e$exión *ngular en Resortes de %orsión

;a de


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ResortesCierre de la Espira

El diámetro interior m)nimo de la espira con de$exión total

6a longitud máxima del cuerpo de la espiral conDenrollamiento completo

-radianes.

Resortes


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ResortesFactores de +eguridad para Resortes de %orsión

Factor de seguridad

;a falla por


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ResortesFactores de +eguridad para Resortes de %orsión

Resistencia a la atigaEl factor de seguridad ue protege contra la falla

#onde:

4a: es la componente de la amplitud de la resistencia, sustituyendo 4aseg@n Aerber:

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