Teoria diseño de resortes

Versión 2004

CAPITULO 5 PROYECTO DE ELEMENTOS ACCESORIOS ELASTICOS División 1 Mecánica de Resortes y Elásticos Cálculo de Resortes.

UTN-FRBB Cátedra: Elementos de Máquinas. Profesor: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan

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1. Introducción
En este capítulo se verá la forma de calcular, dimensionar o verificar resortes, también llamados elásticos o muelles según la jerga, además deanalizar su mecánica básica.

2. Descripción, usos y clases
Un resorte es un elemento de máquina cuya principal característica es aportar flexibilidad a las conexiones cinemáticas entre elementos mecánicos diversos tales como se pueden observar en la Figura 5.1. Los resortes tienen la doble misión de aportar una fuerza o un momento según la geometría del resorte y almacenar energía. La energíase almacena en forma de deformación elástica (esto es energía de deformación) causada por una solicitación y se recupera al liberarse la solicitación. Los resortes deben tener la capacidad de soportar grandes desplazamientos. Entre las aplicaciones más comunes de los resortes se pueden hallar: 1) Para almacenar y retornar energía, como el mecanismo de retroceso de las armas de fuego 2) Paramantener una fuerza determinada como en los actuadores y en las válvulas 3) Como aislador de vibraciones en vehículos 4) Para retornar o desplazar piezas como los resortes de puertas o de pedales o de actuadores mecánicos o de embragues. 5) Como actuadores de cierre o de empuje, tal como los resortes neumáticos. Los resortes suelen clasificarse según su esfuerzo de deformación predominante, su forma yaplicación en: 1) Resortes de efecto de Torsión a. Espira Helicoidal (circular o rectangular) y envolvente cilíndrica (Figura 5.1.a) b. Espira Helicoidal (circular o rectangular) y envolvente cónica (Figura 5.1.b) c. de tipo barra (Figura 5.1.c) d. de bloque elastomérico (Figura 5.1.d) 2) Resortes de efecto flexional a. de tipo espiral (Figura 5.1.e) b. de tipo disco (Figura 5.1.f) c. de láminas,también llamados ballestas (Figura 5.1.g) 3) Resortes de efecto axial a. de tipo anular cerámico o metálico (Figura 5.1.h) b. de tambor elastomérico (Figura 5.1.i)

UTN-FRBB Cátedra: Elementos de Máquinas. Profesor: Dr. Ing. Marcelo Tulio Piovan

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(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h) Figura 5.1. Diferentes tipos de resortes

(i)

Los resortes que se muestranen la Figura 5.1 son los más comunes. Sin embargo existe un sinnúmero de aplicaciones que requiere de las funciones resortes pero cuya forma es “ad hoc” para cumplir su cometido, por ejemplo en ciertas viseras para sol de automóviles.

3. Materiales para resortes
En la selección del material de un resorte suelen tener preponderancia consideraciones de resistencia y de elasticidad. Estosignifica “Algún coeficiente de Resistencia (S)” y “Módulo

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de elasticidad (E)”. Uno de los parámetros más empleados es la relación S/E denominada “Resistencia normalizada”. El concepto de resistencia se debe considerar en función del material, esto es: a) Para los metales y polímeros industriales:Resistencia a la fluencia b) Para los elastómeros: Resistencia al desgarramiento c) Para materiales compuestos: Resistencia a la Tracción d) Para resinas fenólicas y maderas: Resistencia a la Tracción En el caso más común en ingeniería mecánica, es decir el caso a), la relación S/E suele tener valores del orden entre 0.001 y 0.01. Para los elastómeros la resistencia normalizada suele variar entre 0.1y 1.0. Mientras que los casos c), d) y los polímeros poseen una resistencia normalizada entre 0.01 y 0.1 generalmente. Otro de los parámetros importantes es el “coeficiente de pérdida (∆v)” que pondera la disipación de energía elástica en un ciclo de carga y descarga tal como el que se aprecia en la Figura 5.2 para un ensayo experimental. El coeficiente de pérdida se obtiene como:

∆U (5.1) 2U...