MATERIALES USADOS PARA LOS RESORTES HELICOIDALES

Los resortes se fabrican mediante procesos de trabajo en frío o en caliente, dependiendo dichos procesos del diámetro del alambre, del índice del resorte y de las propiedades deseadas. Para la fabricación de los resortes helicoidales se disponen de una gran variedad de materiales, usándose preferiblemente algunos tipos de aceros, desde los comunes que se utilizan en los resortes de espiras gruesas y que se fabrican en caliente, así como en resortes planos, ballestas y barras de torsión, hasta los aceros de alto contenido de carbono y de aleación preferidos por los fabricantes.

Generalmente se usan los materiales que se ajustan al comportamiento dado por la ecuación: Algunos de estos materiales son:

ESFUERZOS EN RESORTES HELICOIDALES

Esfuerzo de compresión: Hace que se aproximen las diferentes partículas de un material, tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura.

Esfuerzo cortante: es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar. Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión cortante.

Esfuerzo de torsión: Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central. Están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales.

Esfuerzo de tracción: Hace que se separen entre sí las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su longitud. Al comprimir un resorte de compresión mediante una carga axial, el alambre se tuerce. Por consiguiente, el esfuerzo desarrollado en el alambre es un esfuerzo cortante por torsión, y se puede calcular

a partir de la ecuación clásica t= Tc/J. Cuando la ecuación se aplica en forma específica a un resorte helicoidal de compresión. Se necesitan algunos factores por modificación, para considerar la curvatura de alambre del resorte y el esfuerzo cortante directo que se crea cuando las espiras resisten la carga vertical. También conviene expresar el esfuerzo cortante, en función de las variables de diseño manejadas con los resortes. Se considerara el esfuerzo cuando el resorte trabaje con su carga normal máxima. En la figura se muestra un resorte helicoidal de alambre redondo con carga axial F. Si se secciona el resorte se nota claramente que la sección del corte está sometida a una cortante F y a un momento de torsión T.

El esfuerzo máximo en el alambre se calcula por: Componente de torsión Componente de cortante En donde: Sustituyendo se tiene: Ahora se define el índice de resorte como una medida de la curvatura. Para la mayoría de resortes Ks está entre 6 y 12

Tipos de Carga

Carga Estática En varias de sus aplicaciones, los resortes están sujetos a una carga o deformación que es constante en el tiempo y dicho estado, eventualmente varía muy pocas veces durante la vida útil del resorte. Se dice que estos resortes están estáticamente cargados. Los resortes utilizados en válvulas de seguridad como el mostrado en la figura 4, constituyen un ejemplo clásico de resortes sujetos a este tipo de carga,

Durante la vida útil de un resorte estáticamente cargado, es importante que el mismo mantenga su calibración dentro de un margen que permita la operación de diseño. En tal sentido, es importante que estos resortes la carga aplicada no decaiga a lo largo del tiempo mas allá de un pequeño porcentaje, pues pude

producirse un fenómeno conocido como relajación del material, que en el caso de las válvulas de seguridad, provoca su activación a presiones inferiores de las de operación. En el diseño de resortes estáticamente cargados, suele sugerirse el uso de materiales ligeramente más dúctiles que para resortes sometidos a cargas variables. Para temperaturas de operación de hasta 180 ºC y entornos no corrosivos se indica el uso de aceros al carbono, mientras que para temperaturas superiores a los 200 ºC se recomienda la utilización de aceros inoxidables Ing. Carlos Gerez Resortes mecánicos helicoidales 8

Carga variable: En muchas de las aplicaciones de los resortes, las cargas aplicadas sobre ellos, varían con el tiempo. En la figura 5 se muestran dos ejemplos típicos de estas aplicaciones. a. Conjunto de suspensión automotriz b. Válvulas de motor a explosión Figura 5

En ambos casos, durante los períodos de operación, los resortes están solicitados en forma variable, sus tensiones varían entre un máximo y un mínimo y están expuestos a fatiga, pero mientras en el ejemplo de los resortes de suspensión automotriz (Figura 5.a) las tensiones varían cíclicamente con amplitud variable (Figura 6.a) y en el caso de los resortes de válvulas (Figura 5.b), las tensiones varían cíclicamente con amplitud aproximadamente uniforme (Figura 6.b)

NORMAS MÁS IMPORTANTES RELACIONADAS A RESORTES Y MUELLES

La norma UNE-EN ISO 2162 establece una clasificación de los diferentes tipos de resortes, los datos técnicos de los mismos, así como su representación y acotación.

Están fabricados según la norma ISO 10243 que define, diámetro, longitud y fuerza. Igualmente esta misma norma también define cuatro series de muelles que siendo de mismas dimensiones y por tanto intercambiables, ofrecen valores de carga de menor a mayor. Estas cuatro series vienen identificadas por colores, para simplificar su selección. (Verde = ligero; azul = media; rojo = fuerte; amarillo = extrafuerte)

La norma DIN 2093 fija los estándares mínimos de calidad para los diferentes procesos de fabricación relativos a los muelles de disco, por ejemplo: Tolerancias en sus dimensiones y en sus prestaciones. (Fuerza, desplazamiento, etc.); tolerancias entre los componentes que participan del montaje de un conjunto de muelles de discos; materiales; protecciones anticorrosivas, etc.

Según UNE-EN ISO 2162-3:1993 Documentación técnica de productos. Resortes. Parte 3: Vocabulario (ISO 2162-3:1993), se define resorte como un dispositivo mecánico destinado a almacenar energía cuando está deformado y a restituir una cantidad de energía equivalente cuando se relaja.

Según UNE-EN ISO 2162-1:1993 Documentación técnica de productos. Resortes. Parte 1: Representación simplificada (ISO 2162-1:1993) los resortes se representan de forma convencional dibujando en alzado las dos o tres espiras extremas y suprimiendo las demás, en corte, o de forma simplificada mediante líneas que muestran las características del tipo de resorte considerado.

La norma UNE-EN ISO 2162-2:1993 Documentación técnica de productos. Resortes. Parte 2: Presentación de datos técnicos de los resortes cilíndricos de compresión (ISO 2162-2:1993) establece un sistema unificado para la presentación de una ficha de datos técnicos y del diagrama de ensayos