RESORTES DE TENSIÓNALDEMAR MOLINA GALVIS (2120131042) ;JOSE GABRIEL YEPES VASQUEZ (2120131029) ; CRISTIAN GIOVANNI MOSQUERA (2120131021);EDER DAVID PARRA PATARROYO (2120131054).

DEFINICION :

• Un resorte mecánico, es un elemento de máquina que posee la capacidad de acumular energía mecánica para liberarla oportunamente con el fin de ejercer fuerza, brindar flexibilidad o reducir vibraciones.

• Los resortes helicoidales de extensión son fabricados generalmente con alambre redondo , enrollado sobre una forma recta y cilíndrica , las espiras se tocan , o están muy cercanas en el estado sin carga.

• La mayoría de los resortes de extensión están fabricados con las espiras adyacentes en contacto de tal manera que se debe aplicar una fuerza inicial para sepáralas. Una vez separadas , la fuerza es linealmente proporcional a la deflexión.

CURVA CARGA-DEFLEXIÓN PARA RESORTES DE TENSIÓN

• La fuerza inicial se determina al prolongar la parte recta de la curva hasta la deflexión cero.

• Cuentan con una precarga , de manera que se debe superar esta carga antes de que se evidencie deformación alguna en el resorte, teniendo un comportamiento lineal luego de superada la precarga.

INDICE DEL RESORTELa relación del diámetro medio del resorte, entre el diámetro del alambre, se llama índice del resorte (C).

C= Donde:

Dm = Diametro medio del resorte

Dw = Diametro del alambre

Los diámetros de los alambres van desde 0.2 mm hasta 50 mm según disponibilidad en el mercado.

• Se recomienda que C sea mayor que 5. Para C menor que 5, es muy difícil dar forma al resorte, y la gran deformación necesaria puede causar grietas en el alambre. Los esfuerzos y las deflexiones de los resortes dependen de C, y una C mayor ayudara a eliminar la tendencia de un resorte a pandearse.

FACTOR DE CORRECCIÓN DE WAHL

• Este factor incluye el cortante directo y cualquier otro efecto debido a la curvatura.( ver imagen)la curvatura del alambre aumenta el esfuerzo por la parte interior del resorte pero lo disminuye ligeramente en el exterior.

𝑘=4𝐶−14𝐶−4 +

0,615𝐶

a) Esfuerzo cortante torsional puro; b) Esfuerzo cortante directo; c) resultados de los esfuerzos cortantes directo y torsional; d) resultado de los esfuerzos cortantes directo, torsional y por curvatura

MATERIALES PARA LOS RESORTES

• Los materiales usados para la fabricación de resortes se relacionan con las características mecánicas requeridas en servicio, tipo de servicio, ambiente de trabajo, temperatura de funcionamiento, conducción eléctrica, etc.

• Los materiales usados para la fabricación de resortes son: aceros al carbono, aceros aleados, aceros inoxidables, aleaciones a base de cobre y aleaciones a base de níquel.

Resorte acero inoxidable Resorte al carbono

Resorte aleaciones a base níquel

Resortes aleaciones a base de cobre

ESFUERZOS PRESENTES EN RESORTES DE TENSIÓNAl seleccionar un punto en el resorte y se sustituye por el efecto de las fuerzas internas, obtenemos una fuerza cortante directa (F) y un momento de torsión (T) en el resto del resorte.

• Una fuerza F ( Cortante Pura): Esfuerzo cortante directo τ

• Un momento M ( M = F *): Esfuerzo cortante torsional τ

DISTRIBUCIÓN DEL ESFUERZO CORTANTE

• Torsion: una fuerza tira del extremo libre en dirección perpendicular al plano del rollo , a medida que se saca de la espiral, se tuerce o gira sobre su propio eje.

ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO• Cortante Directo : (Uniforme sobre la

sección del área A)

• Cortante Torsional:

• Tensión Máxima Resultante:

• Factor de aumento de esfuerzo cortante:

• Esfuerzo Cortante Máximo:

𝜏𝑀𝑚𝑎𝑥=𝜏𝑀 (𝑑2 )=8𝐹𝐷𝜋 𝑑3

ESFUERZOS PRESENTES EN LOS EXTREMOS DE LOS RESORTES DE TENSIÓN

𝛿𝐴=16𝐷𝑚𝐹 0𝑘1𝜋 𝐷𝑤

3 +4𝐹 0

𝜋 𝐷𝑤2

𝑘1=4𝐶1

2−𝐶1−14𝐶1(𝐶1−1)

𝐶1=2𝑅2

𝐷𝑤

𝒆𝒔𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒐 𝒕𝒐𝒓𝒔𝒊𝒐𝒏𝒂𝒍 𝒆𝒏𝑩𝜏 𝐵=

8𝐷𝑚𝐹 0𝑘2𝜋𝐷3

𝑤

𝑘2=4𝐶2−14𝐶2−4

𝐶2=2𝑅2

𝐷𝑤

Ejercicio por carga estática:

2) Se va a instalar un resorte helicoidal de extensión en un cerrojo de una maquina lavadora comercial, grande. Cuando el cerrojo cierra, el resorte debe ejercer una fuerza de 16,25 lb, en la longitud entre los puntos de fijación, que es de 3,5 pulgadas. Al abrir el cerrojo, el resorte se estira hasta una longitud de 4,25 pulgadas, con una fuerza máxima de 26,75 lb. Se desea que el diámetro exterior sea de 5/8 de pulgada (0.625). El cerrojo funcionara solo unas 10 veces al día, por lo que el esfuerzo de diseño se basara en un servicio promedio. Use alambre de acero ASTM A227. Diseñe el resorte.  Se presentará el procedimiento sugerido para el diseño en forma de pasos numerados, seguidos de los cálculos para este conjunto de datos.

EJERCICIOS

Paso 2. Calcule un diámetro tentativo de alambre, para la fuerza máxima de operación, el diámetro medio y el esfuerzo de diseño supuestos, y con un valor de K supuesto de 1,20, aproximadamente.

Para este tamaño, existe disponible un tamaño estándar de alambre en el sistema U.S. Steel Wire Gage. Usar el calibre 15

Paso 1. Suponga un diámetro medio tentativo y un esfuerzo de diseño tentativo para el resorte.Sea el diámetro medio de 0,500 pulg. Para el alambre ASTM A227 en servicio promedio, es razonable un esfuerzo de diseño de 110000 psi.

Paso 3. Determine el esfuerzo de diseño para el tamaño seleccionado de alambre.Según la figura, con un tamaño de alambre de 0.072 in, el esfuerzo de diseño es de 120000 psi.

Paso 4. Calcule los valores reales del diámetro exterior, diámetro medio, diámetro interior, índice de resorte y factor Wahl K. Esos Factores son los mismos que ya se definieron parar resortes helicoidales de compresión.

Sea el diámetro exterior el especificado, 0.625 in. Entonces

Paso 5. Calcule el esfuerzo real esperado en el alambre del resorte, bajo la carga de operación, con la ecuación:

Paso 6 : Calcule el numero de espiras necesario para producir la deflexión deseada. Despeje el numero de espiras,= fuerza/deflexión = F/f.

Paso 7= calcule la longitud del cuerpo para el resorte y proponga un diseño tentativo para los extremos:

proponga usar una espira completa en cada extremo del resorte, lo cual añade una longitud igual al Dl del resorte en cada extremo. Entonces, la longitud libre total es:

Paso 8. Calcule la deflexión, desde la longitud libre hasta la longitud de operación:

Paso 9. Calcule la fuerza inicial en el resorte, por la cual las espiras apenas comienzan a separarse. Esto se hace al restar el valor de la fuerza debido a la deflexión,:

La fuerza negativa que se obtiene se debe a que la longitud libre es demasiado pequeña para las condiciones especificadas, y claro que es imposible.

Pruebe con , para lo que se necesita rediseñar las espiras externas. Entonces

Paso 10. Calcule el esfuerzo en el resorte, bajo tensión inicial, uy compárelo con los valores recomendados en la figura 19-21.

Ya que el esfuerzo es proporcional a la carga,

      

Para C=7.68 este esfuerzo está dentro del intervalo preferido, según la figura 19-21. En este momento, la parte helicoidal del resorte es satisfactoria. Se debe completar los extremos y analizar por esfuerzos.