El documento aborda el diseño, clasificación y aplicaciones de resortes mecánicos, resaltando su capacidad para almacenar energía y soportar deformaciones sin cambiar permanentemente. Se analizan los diferentes tipos de resortes, incluyendo los de tracción, compresión y torsión, así como los materiales más utilizados en su fabricación. Además, se presentan ejercicios prácticos sobre el comportamiento de los resortes bajo diversas condiciones de carga y oscilación.

1. RESORTES
República Bolivariana de Venezuela.
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño.
Departamento de Física.
Mérida-Estado-Mérida
Br. Saidriana Ibarra
Profesora: Mary Lujano

2. En el diseño de la mayoría de los elementos
mecánicos es deseable, que la deformación inducida por
el estado de cargas actuante sea lo más baja posible, Sin
embargo, los resortes mecánicos cumplen en las
máquinas la misión de elementos flexibles, pudiendo
sufrir grandes deformaciones por efecto de cargas
externas sin llegar a transformarse en permanentes es
decir, pueden trabajar con un alto grado de resiliencia
(capacidad de un material para absorber energía en la
zona elástica)
INTRODUCCION.

3. Se conoce como resorte o muelle a un operador
elástico capaz de almacenar energía y desprenderse de
ella sin sufrir deformación permanente cuando cesan las
fuerzas o la tensión a las que es sometido, en la
mecánica son conocidos erróneamente como "la
muelle", varían así de la región o cultura. Son fabricados
con materiales muy diversos, tales como acero al
carbono, acero inoxidable, acero al cromo-silicio, cromo-
vanadio, bronces, plástico, entre otros, que
presentan propiedades elásticas y con una gran
diversidad de formas y dimensiones
RESORTE

4. CLASIFICACION DE LOS RESORTES.
En forma general, los resortes se clasifican en:
Resortes de alambre de sección transversal
circular.
Cuadrado o rectangular.
Los primeros pertenecen los helicoidales
cilíndricos para trabajar a compresión, tracción
y torsión; y los helicoidales cónicos para trabajar
a compresión.
Al segundo grupo, los resortes espirales o de
torsión (como los del reloj), los de hojas
(ballestas) y los de disco

5. APLICACIÓN DE LOS RESORTES.
La aplicación de los resortes son muy variados entre las mas
importantes pueden mencionarse las siguientes:
 Como elementos absorbedores de energía o cargas de choque,
como por ejemplo en chasis y topes de ferrocarril.
 Como dispositivos de fuerza para mantener el contacto entre
elementos, tal como aparece en los mecanismos de leva y en
algunos tipos de embragues.
 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 absorbedores de vibraciones.

6. Resortes que comúnmente se usan
con su carga aplicada

7. TIPOS DE RESORTES
Los Tipos de Resortes son:
 Resortes de Tracción.
Resortes de Compresión.
Resortes de Torsión.

8. RESORTES DE TRACCIÓN.
Resortes Helicoidales cilíndricos para trabajar a Tracción.
Los resortes helicoidales cilíndricos de tracción a diferencia de los de
compresión, se bobinan con las espiras cerradas, y por lo general durante el
proceso de conformado se les induce una tracción inicial como resultado del par
torsional generado sobre el alambre; a medida que se enrolla en el mandril
conformador. Por la razón anterior, en la mayoría de los casos a estos resortes se
les debe aplicar una determinada carga para que las espiras comiencen a
separarse.
Resorte Helicoidal
cilíndrico para Trabajar a
Tracción.

9. Análisis de Carga, Esfuerzos y Deformaciones de
los Resortes de Tracción.
Las expresiones obtenidas para los resortes helicoidales cilíndricos de compresión, son
aplicables al denominado cuerpo de los resortes de tracción, exceptuando el hecho que
en estos últimos se da margen para una tracción, en caso de existir.
La tracción inicial puede regularse y varia de acuerdo a los tipos de maquinas
conformadoras de resortes, donde el intervalo del esfuerzo torsional debido únicamente
al pretensado recomendado, como resultado de la tracción inicial.
Es de hacer notar que si la carga de tracción inicial no supera el valor de la tracción inicial
inducida, las espiras del resorte no se separan. Una vez que se separan, podrá aplicarse la
Ley de Hooke y el esfuerzo cortante en el cuerpo del resorte se determina la carga axial
resultante:
Fa = Fi + Ky
Donde: Fa: carga axial de tracción.
Fi: tracción inicial o precarga.
Ademas debe cumplirse que Fi ≤ ∏Ԏidᶟ
8Dm

10. Materiales Usados para los Resortes
Helicoidales
Los resortes se fabrican mediante procesos de trabajo en frió 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:
σu = A
dᶟ

11. RESORTES DE COMPRESIÓN.
Resortes Helicoidales cilíndricos de Alambre de Sección Transversal Circular.
Es un elementos de máquinas que poseen la propiedad de experimentar
grandes deformaciones (tal vez por excelencia), dentro del período
elástico, por la acción de las cargas que los solicitan, construidos con
materiales de alta elasticidad (típicamente acero).
El resorte helicoidal de compresión, como parte de los
automotores, sustenta las carrocería y carga de los mismos transmitiendo
la carga total a los ejes (puntas de eje) y / o árboles (palieres) de ruedas.
El resorte helicoidal de compresión es utilizado también en los
motores alternativos de combustión interna y en los compresores
alternativos de gases, como elemento asegurador del cierre de las válvulas
de admisión y escape.
Resorte Helicoidal
cilíndrico de alambre
de sección transversal
circular

12. Resorte helicoidal de
compresión cilíndrico
de alambre de sección
transversal circular,
sometida a carga
Diagrama de cuerpo libre
La parte seleccionada ejercerá una carga
cortante directa y un momento torsor en la
parte restante del resorte, notándose que
el efecto de la carga axial es de producir
una torsión en el alambre.

13. Diagrama de cuerpo Libre

14. Distribución de esfuerzos puede quedar de la siguiente
manera
a) Efecto de torsión pura
b) Efecto de corte puro.
c) Efectos Combinados.
d) Tomando en cuenta el concentrado de esfuerzos por curvatura.

15. A los resortes de compresión en una gran variedad
de aplicaciones, se le debe comprimir hasta el punto de
que todas sus espiras se encuentren en contacto, por lo
que deben determinarse parámetros como la longitud
del resorte sin carga (longitud libre), la longitud del
resorte totalmente comprimido (longitud sólida) y la
deformación axial necesaria para convertir el resorte en
un sólido (deformación al sólido). Dichos parámetros se
relacionan a través de
Lo = Ls + Ys
Donde: Lo: longitud libre del resorte.
Ls: longitud sólida.
Ys: deformación al sólido.

16. Tipos de terminaciones para los
extremos de los resortes
a) Simple
b) Simple y esmerilado
c) Cerrado y escuadrado
d) Cerrado y esmerilado

17. Resortes Helicoidales cilíndricos de Alambre de
seccioón transversal cuadrada y rectangular.
Los resortes helicoidales de alambre con secciones
transversales cuadrada y rectangular, se utiliza en aplicaciones con
cargas elevadas, aunque con mayor regularidad donde las
limitaciones de espacio los hacen indispensables. Estos resortes son
mas resistentes que aquellos de alambre de sección circular del
mismo tamaño, pero poseen la desventaja que su normalización es
limitada.
En general, se considera la mejor alternativa cuando se tiene
la necesidad de soportar cargas elevadas o eliminar vibraciones,
evitando el usar resortes de secciones especiales.
Comúnmente, se utilizan dos o mas resortes helicoidales
cilíndricos de alambre de sección transversal circular, donde todos
están sujetos a la misma deformación axial como consecuencia de
una carga externa aplicada. Esto corresponde a una disposición de
resortes en paralelo.

18. Resorte Concentricos

19. Resortes Helicoidales Cónicos
Esta clase de resortes puede considerarse como un resorte helicoidal en
el que los diámetros de las espiras sucesivas son distintas. . A pesar de no ser de
uso muy frecuente, este tipo de resorte posee la cualidad de ser de rigidez
creciente a medida que la carga aumenta, es decir, una relación decreciente de
deformaciones por carga unitaria; y además se emplea en los casos en que
resulta difícil o no es conveniente guiar al resorte para impedir el pandeo bajo
caga.
Estos resortes se usan exclusivamente para soportar cargas axiales de
compresión y se construyen con alambre de sección transversal circular,
ocurriendo por lo general, el esfuerzo máximo en la espira de menor tamaño,
pero dado que el índice del resorte decrece hacia el extremo menor, deberá
siempre verificarse el esfuerzo en la espira de menor diámetro:
Donde para la espiral mayor del resorte poseerá un valor de C mayor que para la
espira de menor tamaño, y por tanto, a través de la expresión anterior deberá
hacerse la comprobación correspondiente.

20. RESORTES DE TORSIÓN.
Los resortes de torsión tienen extremos que se giran en
deflexión angular u ofrecen resistencia a fuerzas de torsión aplicadas
externamente. El alambre mismo es sometido a fuerzas de flexión más
que de torsión (como se esperaría por su nombre). Los resortes de
torsión de este tipo suelen tener un enrollado cerrado, tienen un
diámetro de espiral reducido y aumentan en longitud corporal cuando
se flexionan. El diseñador debe considerar los efectos de la fricción y la
deflexión del brazo sobre la torsión.
Los resortes de torsión pueden consistir en un resorte de
torsión doble y tener un espacio entre las espirales para minimizar la
fricción. Los resortes de torsión dobles consisten en una sección de
espiral derecha y otra izquierda conectadas, y funcionan en paralelo.
Las secciones se diseñan en forma separada, y la torsión total que se
ejerce es la suma de las dos.

21. Los Tipos de Resorte de Torsión son:

22. Diagrama de Resortes de Torsión
Los resortes de torsión se usan para almacenar energía rotacional o
para aplicar torque (fuerza de torsión). Siempre es mejor diseñar resortes de
torsión para enrollar en uso y aplicar fuerza en la dirección del enrollado. De
otro modo pueden sobrevenir tensiones de curvatura desfavorables. Al
desviar un resorte de tensión en la dirección del enrollado, el diámetro del
resorte disminuye y la longitud del resorte aumenta. En estos casos se
recomienda que el resorte de torsión se apoye en su propio diámetro interno
(I.D.) con una barra o tubo de tamaño tal que no se doble al desviarse el
resorte de torsión

23. Los resortes de doble torsión son
un tipo común de resorte de
torsión. Se fabrican con una
componente a la izquierda y otro a
la derecha que se conectan en el
centro. Es posible tener los
componentes conectados en el
borde exterior, aunque no es
recomendable.
La mayoría de los resortes de
torsión están enrollados con las
vueltas de espiral tocándose, pero
con mínima tensión inicial. Para
estos resortes, la longitud puede
calcularse multiplicando el
diámetro del alambre por el
número de vueltas de la espiral, y
luego agregar uno.

24. Usos de los Tipos de Resortes de Torsión.
Uno de los uso de resortes de torsión mas frecuente son las pinzas de la ropa y las
trampas para ratones tradicionales.
Otros usos menos conocidos son en los mecanismos de contrapeso en las puertas de
garaje, o en los mecanismos de apertura de maleteros de coches.
Algunos pequeños resortes se usan para equipos electrónicos como tapaderas de
cámaras digitales o reproductores de CD.
Otros usos más específicos son:
Barra de suspensión de torsión ha sido utilizado en la suspensión de vehículos.
 La barra estabilizadora usada en los sistemas de suspensión de vehículos también usa el
principio del resorte de torsión.
El péndulo de torsión usado en el reloj de péndulo de torsión se compone de un peso
suspendido con forma de rueda que está unido a un cable mediante un resorte de torsión.
El peso rota alrededor del eje del resorte, girando éste, en vez de pendular como un
péndulo ordinario. La fuerza del resorte revierte la dirección de rotación, por lo que la
rueda oscila hacia un lado y otro, dirigiendo así los mecanismos del reloj.
 La catapulta de torsión o mangana es un ingenio de asedio medieval inventado en la
Grecia Antigua. Se basa en la torsión de un resorte mediante cuerdas enrolladas que
consiguen propulsar el brazo de la catapulta lanzando proyectiles con una gran fuerza.
 El resorte regulador es un resorte usado en relojes que se basa en el principio del
resorte de torsión.

25. Nombre común Especificación Módulo
Elástico,
E, psi
Módulo de
elasticidad
cortante, G,
psi
Densida
d, ,
lbf/in.3
Máxima
temperatura
de servicio
°F
Principales características
Aceros alto contenido en carbono
Alambre de piano ASTM A228 30 x 106
11.5 x 106
0.283 250 Alta resistencia; excelente
vida a la fatiga
Estirado en frio ASTM A227
30 x 106
11.5 x 106
0.283 250
Uso general; pobre vida a la
fatiga
Aceros inoxidables
Martensítico AISI 410, 420 29 x 106
11 x 106
0.280 500 No satisfactorio para
aplicaciones sub-cero
Austenítico AIAI 301, 302 28 x 106
10 x 106
0.282 600 Buena resistencia a
temperaturas moderadas;baja
relajación de esfuerzos
Aleaciones con base cobre
Latón para
resorte
ASTM B134 16 x 106
6 x 106
0.308 200 Bajo costo; alta
conductividad; propiedades
mecánicas deficientes
Bronce fosforado ASTM B159 15 x 106
6.3 x 106
0.320 200 Capacidad para soportar
flexiones repetidad; aleación
muy común.
Cobre al berilio ASTM B197 19 x 106
6.5 x 106
0.297 400 Alta resistencia elástica y a la
fatiga; Templable
Aleaciones con base níquel
Inconel 600 - 31 x 106
11 x 106
0.307 600 Buena resistencia; Alta
resistencia a la corrosión
Inconel X-750 - 31 x 106
11 x 106
0.298 1100 Endurecimiento por
precipitación; para altas
temperaturas
Ni-Span C - 27 x 106
9.6 x 106
0.294 200 Módulo constante sobre un
amplio rango de temperatura
MATERIALES USADOS EN LOS RESORTES

26. EJEMPLOS
1.-) Cuatro pasajeros con una masa total de 300 kg observan que
al entrar en un automóvil los amortiguadores se comprimen 5
cm. Si la carga total que soportan los amortiguadores es de 900
kg, hállese el período de oscilación del automóvil cargado.
Desarrollo
m = 300 kg.
x = 5 cm.
Carga total = 900 kg.
K = F/x
K = 300.9,8/0,05 = 58800 N/m

27. 2.-) Dos resortes de la misma longitud natural pero con diferentes constantes de
recuperación k1, y k2, se encuentran unidos a un bloque de masa m, situado sobre una
superficie horizontal sin rozamiento. Calcúlese la constante de recuperación efectiva en
cada uno de los tres casos (a), (b) y (c).
a.-)
b.-)
c.-)
a.-) F= K.x
F =F1 + F2
K.x = K1.x + K2.x
K = K1 + K2
b.-) F = K.x
F =F1 + F2
K.x = K1.x + K2.x
K = K1 + K2
c.-) X1 = L1 – L0
X2 = L2 – L0
X = X1 + X2
F = K.x
X = F/K
F/K = F/K1 + F/K2 por lo que es la misma fuerza .
1/K = 1/K1 + 1/K2
K = K1.K2/(K1 + K2) (resortes en paralelo tambien
conocido)

28. 3.-) Un cuerpo de 5 kg de masa cuelga de un resorte y
oscila con un período de 0,5s. ¿Cuánto se acortará el
resorte al quitar el cuerpo?.
Desarrollo
m = 5 kg
T = 0,5 s
k = ω².m
k = (2.π /T)².m
k = (2.π /0,5)².5
k = 789,56
x = m.g/k
x = 5.9,8/789,56
x = 0,062 m

29. 4.-) Un cuerpo de masa m se halla suspendido de un resorte helicoidal
habiéndose medido el tiempo empleado en 100 oscilaciones completas para los
siguientes valores de m:
m(g) 100 200 400 1000
Tiempo empleado en
100 oscilaciones (s)
23.4 30.6 41.8 64.7
Dibújense las graficas de los valores medidos de:
a) t en función de m
b) t² en función de m
c) ¿Concuerdan los resultados experimentales con la teoría?.
d) ¿ES alguna de las gráficas recta?.
e) ¿Pasa la recta por el origen?.
f) ¿Cuál es la constante de recuperación del resorte?.
g) ¿Cuál es su masa?
a.-) T = 2. ∏ .√m/k m T
100 62.83
200 88.857
400 126.663
1000 168.691

30. b.-) T² = 4.∏².m/K
M T²
100 0.39*10'''' 4/k
200 0.79*10'''' 4/''k
400 1.5*10'''' 4/k
1000 3.9*10'''' 4/k
c) Si, concuerdan por sus gráfica e t.
d) Si la correspondiente a la de t²
e) No pasan por el origen, si así fuera no existiría el movimiento, ya que la masa es
cero.
f) Haciendo algunas aproximaciones, utilizando la fórmula T² = 4.π².m/k,se tiene que K
= 8,52 din.cm
g) La masa del resorte utilizando aproximaciones, m = k.(T/2.π)² = 18,17 g

31. CONCLUSIONES
No todos los resortes se estiran lo mismo con el mismo peso
(fuerza).
Dicho de otra manera cada tipo de resorte va a dar una medida
distinta de alargamiento aunque se sometan a una misma fuerza
(peso).
A medida que la fuerza es mayor el alargamiento también sera
mayor o, lo que es lo mismo, el peso (fuerza) y el alargamiento de
un resorte son directamente proporcionales.
La deformación que se produce en el resorte es por la cantidad de
peso (masa) que se le aplica.

32. graci
as
Por su atención