resortes tipos de resortes,diseño y calculo

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular Para la Educación
Instituto Universitario Politécnico ‘’Santiago Mariño’’
Bachiller:
José Cova: 27485243
Resortes
Barcelona, agosto 2019

2. Introducción
Los resortes son componentes mecánicos que se caracterizan por absorber
deformaciones considerables bajo la acción de una fuerza exterior, volviendo a
recuperar su forma inicial cuando cesa la acción de la misma, es decir, presentan una
gran elasticidad.
Para su fabricación se emplean aceros de gran elasticidad (acero al carbono, acero al
silicio, acero al cromo-vanadio, acero al cromo-silicio, etc.), aunque para algunas
aplicaciones especiales pueden utilizarse el cobre endurecido y el latón.
Los resortes se utilizan con gran frecuencia en los mecanismos para asegurar el
contacto entre dos piezas, acelerar movimientos que necesitan gran rapidez, limitar los
efectos de choques y vibraciones, etc. Para esos cada tipo de resorte pasa por una
prueba y por ende un calculo que se vera a continuación.

3. Resortes
¿ que es un resorte?
Es un elemento mecánico flexible que une dos componentes y
que almacena energía potencial.
¿Para qué se utilizan los resortes?
-Absorber o controlar energía producto de choques y vibraciones.
-Control de movimiento.
-Medición y control de fuerzas y/o torques.

4. Resortes
¿Qué es un resorte helicoidal?
Son los resortes más comunes, y típicamente el alambre que los
compone presenta sección transversal circular; y su embobinado suele
ser cilíndrico.
Este tipo de elementos de puede someter a múltiples aplicaciones
todo dependerá del tipo de trabajo que se le proporcione a el tendrá
un comportamiento diferente.
Los esfuerzo mas comunes por el que este se somete son de tensión y
compresión pero el mas frecuente es el de compresión

5. Las aplicaciones de los resortes son muy variadas entre las
mas importantes pueden mencionarse las siguientes:
•Como elementos que absorben energía o cargas de choque.
• Como dispositivos de fuerza para mantener el contacto entre elementos.
•En sistemas de suspensión y/o amortiguación, percibiendo la energía
instantánea de una acción externa y devolviéndola en forma de energía de
oscilaciones elásticas.
•Como elemento motriz o fuente de energía, como en mecanismos de reloj
y juguetes, dispositivos de armas deportivas, etc.
•Como elementos que absorben vibraciones.

6. Tipos de resortes
Resortes helicoidales de extensión: Difieren de los de compresión en que requieren
de algún medio para transferir la carga de tensión hasta el cuerpo del resorte y en que el
cuerpo del resorte esta enrollado con una tensión inicial.
Los esfuerzos en el cuerpo del resorte se manejan igual que los esfuerzos del cuerpo en
los resortes de compresión.
En esto resortes la relación carga-deflexión (𝐹 − 𝑦) está dada por:
𝐹 = 𝐹𝑖 + 𝑘𝑦
Donde: 𝐹 es la carga, 𝐹𝑖 es la precarga, 𝑘 la constante del resorte, y 𝑦 la deflexión. El
esfuerzo cortante torsional producto de la tensión inicial del resorte debe encontrarse
dentro del rango preferido de acuerdo a la siguiente expresión:
𝜏𝑖,𝑝𝑟𝑒𝑓 = 33500/ 𝑒 (0.105𝐶) ± 1000 (4 − (𝐶 − 3/ 6.5)) [𝑝𝑠𝑖]
Con respecto a la longitud libre del resorte:
𝐿0 = 2 (𝐷 − 𝑑) + (𝑁𝑏 + 1) 𝑑
Donde: 𝐷 es el diámetro medio de la espira, y 𝑁𝑏 el número de espiras del cuerpo.

7. Tipos de resortes
Resortes helicoidales de extensión: El número de espiras activas está dado
por:
𝑁𝑎 = 𝑁𝑏 + 𝐺/𝐸
Donde: 𝐺 es el módulo de elasticidad al cortante, y 𝐸 el módulo de Young o de
elasticidad a la tensión.
Resortes helicoidales de torsión: Estos son los resortes helicoidales que se
someten a torsión en los extremos. De forma similar a los de extensión,
generalmente presentan enrollado apretado. Hay resortes de torsión de cuerpo
único y de cuerpo doble.
Una diferencia importante con respecto a los resortes de compresión y de
extensión, es que en los de torsión el alambre trabaja bajo flexión.

8. Tipos de resortes
Resortes helicoidales de torsión: En estos resortes el número de
vueltas del cuerpo 𝑁𝑏 suele ser un número no entero.
𝑁𝑏 = # 𝑣𝑢𝑒𝑙𝑡𝑎𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑒𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 + 𝛽 /360
Donde: 𝛽 es el ángulo de posición inicial, y 𝛽/ 360 el número de vueltas
parciales.
Otros tipos de resortes:
Resortes de Belleville o resorte de discos.
Resortes de fuerza constante.

9. Ejercicio #1
Un resorte se alarga 4 cm cuando se cuelga de él un objeto
de 20 kg de masa. A continuación, se estira el resorte 3 cm más
y se le deja que oscile libremente. Determina el periodo y la
pulsación del movimiento. Calcula los valores de la elongación,
velocidad, aceleración y dureza elástica a los 2,1 s de iniciado
el movimiento.
¿Cuál es la diferencia de fase entre este instante y el instante
inicial?

10. Solución
Aplicando la ley de Hooke:
k = F/ y = m g /y = 20 · 9,8 0,04 = 4900 N/m
El periodo del movimiento y la pulsación son:
T = 2 π √m/k = 2 π √ 20/4900 = 0,4 s ⇒ ω = 2 π/T = 2 π/0,4 = 5 π
El movimiento comienza en el punto más bajo de la vibración, por
ello si para su descripción se utiliza la función sin ϕ, entonces la fase
inicial es ϕ0 = 3 π/2 rad.
Las expresiones de la elongación, velocidad, aceleración y fuerza
elástica y sus valores a los 2,1 s de iniciado el movimiento son:
y = 0,03 sin(5 π t + 3 π/2) ⇒ y2,1 = 0,03 sin(5 π · 2,1 + 3 π/2) = 0 m

11. Ejercicio #2:
Un resorte tiene una k de 1500 N/m. Colgamos un peso que ejerce
fuerza de 300 N. ¿Cuál será el alargamiento que sufre en resorte? La
fórmula es:
F = k · Δl
En el enunciado del problema nos dan el valor de k (1500 N/m)y el
valor de la fuerza (300 N).
∆l =F/K= 300 N/1500 N/m = 0,2 m

12. Formulas para cálculos de
resortes helicoidales de
torsión

13. Ejercicio # 3
Ya observamos ejercicios de elongación (ley de Hooke) que es similar a tensión
Calcular las dimensiones de un resorte de torsión para que ejerza una fuerza F =
11.5 N (1.18 Kgf) a una distancia R=84 mm desde el eje del resorte.
calculamos primero el momento máximo aplicado:
Mmx.aplic = F * R = 1.18 * 8.4 = 9.9 Kgf-cm
En un primer cálculo seleccionamos un alambre de las siguientes dimensiones:
d =1.5 mm
D = 8 mm
Luego D/d = 8 / 1.5 = 5.33
En la tabla vemos que para D/d = 5.33 el valor de c es:
C = 1.16
El momento máximo permisible según la fórmula #1 de la figura es por lo tanto:

14. Mmx.perm = 1.63 * d^2.85 / C = 1.63 * 1.52.85 / 1.16 = 4.46 Kg-cm
- El factor de seguridad según la según la fórmula #2 es entonces:
n = 4.46 / 9.9 =0,45 < 1 el resorte fallara con seguridad
-En un segundo tanteo seleccionamos
d = 2.5 mm
D = 13 mm
D/d = 5.2
C = 1.17
Mmx.perm = 1.63 * 2.52.85 / 1.17 = 18.9
N = 18.9 / 9.9 = 1.9 resorte muy sobredimensionado
Un tercer tanteo seleccionamos:
d = 2 mm
D = 10.6 mm
D/d = 5.3
C = 1.16

15. Mmx.perm = 1.63 * 22.85 / 1.16 = 10.1
n = 10.1 / 9.9 = 1.02 OK es el resorte correcto
El NUMERO DE VUELTAS se calcula con la formula #3, de la figura se
deduce que el ángulo de torsión máximo es de 90º por lo tanto
N = 1.16 * 90 * 21.15 / 3 * 10.6 = 7.28 vueltas
4.- Los resortes de torsión se utilizan con frecuencia sobre una barra
redonda o pasador; y cuando se les aplica una carga el resorte se enrolla
enrolla originando una disminución de su diámetro interior. Es necesario
asegurarse de que ese diámetro nunca podrá ser igual al de la barra o
pasador, pues de lo contrario ocurrirá la falla del resorte

16. . El diámetro interior con carga puede obtenerse con la ecuación
Df = Ni *Di / Nf
Donde: Ni = numero de vueltas del resorte sin carga
Di = diámetro interior del resorte sin carga
Nf = numero de espiras cuando está cargado
Df = diámetro interior cuando esta con carga
En el problema anterior el diámetro interior del resorte cargado será de:
Df = 7.28 (10.6 – 2) / (7.28 + 0.25) = 8.3 mm
hay que tener en cuenta que el resorte se ha enrollado 0.25 vueltas más
(1/4 de vuelta)

17. conclusión
Los resortes son diseñados para múltiples trabajos los cuales como
ya se mencionó son elaborados con diferentes tipos de metales lo que
lo hace útil para diferentes tipos de aplicaciones, no todos los resortes
tienen las mismas propiedades elásticas y obviamente no a todos se les
aplicara la misma fuerza, pudimos entender que en la diversidad que
hay de resortes se puede comprender de que debe realizarse un
calculo minucioso en el numero de vueltas que indicara el tipo de
trabajo que realizara. Los resortes pueden trabajar en base a torsión,
compresión, tensión y pueden llegar a fatiga si se rompe el limite de su
factor de seguridad, todo esto es en base a cálculos de diseño y calculo
de campo (ejemplos cotidianos).