Un resorte, también muelle, es un mecanismo que almacena energía y la devuelve en la forma de fuerza que se aplica en un cierto desplazamiento.

Esto lo hace en virtud de sus características elásticas.

La energía gastada en la deformación es recuperable gracias al retomo elástico del material, que vuelve a su posición de partida.

Los distintos tipos de resortes son capaces de experi­mentar grandes deformaciones elásticas, en los modos de tensión, compresión y torsión.

De forma aproxima­da puede decirse que la energía almacenada es propor­cional al volumen de material deformado, hasta llegar al Límite Elástico del material que se da en la parte o sección más solicitada del resorte, según el tipo y cons­titución.

Estos elementales se deben fabricar con mate­riales de alto Módulo de Elasticidad (cociente entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida en la banda o zona elástica del material).

 

Diagrama General de Esfuerzos y deformación

Cuando un material se somete a esfuerzo de trac­ción hay proporcionalidad entre esfuerzo y deforma­ción producida hasta su Límite Elástico.

Si el esfuerzo aumenta en un factor de 1,3 la deformación del mate­rial aumenta también por un factor de 1,3.

Bien enten­dido, más allá del Límite Elástico desaparece la pro­porcionalidad y la deformación aumenta de forma progresiva al crecer la carga.

Supongamos que un alambre recto, preparado para fabrica­ción de un resorte metálico, se somete a ensayo de tracción en el curso del cual se puede medir el esfuerzo aplicado y la deformación o alargamiento que experimenta el alambre.

En el eje de ordeneadas del diagrama se representan los esfuerzos aplicados y en el eje de abscisas la deformación del material.

Se mide esta por el alarga­miento que experimenta como consecuencia de la apli­cación de la carga.

Observaríamos que hasta el punto A del diagrama existe proporcionalidad entre esfuerzo y deformación (el cambio se produce en línea recta).

Más adelante, cuando aumenta la carga, la deformación crece muy rápidamente.

En el punto B la deformación del alambre experimenta un incremento muy rápido sin apenas aumentar el esfuerzo que soporta.

Este fenómeno se llama fluen­cia del material, y al esfuerzo que lo origina se denomina esfuerzo de fluencia.

Más allá del esfuerzo correspondiente al punto de fluencia, el material vuel­ve a recuperar resistencia mecánica, como se observa en la parte ascendente del tramo de la curva BC.

El punto C determina el esfuerzo máximo del material que soporta.

Observaciones:

a. El alambre no se rompe en el punto C, sino en D.

Es decir, hay una fase donde el material continúa deformándose, con resistencia menor, hasta alcan­zar una deformación tal que produce su rotura.

b. El fenómeno de fluencia del material altera las dimensiones y tolerancias geométricas de la pieza.

Esta afectación a la propiedad dimensional de la pieza es muy importante, por ejemplo en los roto­res de los motores turborreactores (compresor y turbina) que deben girar en sus respectivos cárte­res dentro de tolerancias muy estrechas.

c. La rotura en los materiales metálicos se alcanza tras una deformación progresiva del material (es la plasticidad del material).

Es una característica que distingue a los materiales metálicos de los demás.

 

 

Características carga-deformación de los resortes

Vista la teoría anterior, la respuesta elástica de un resorte frente a una carga de compresión, de tracción o de torsión ha de considerarse como propiedad funda­mental del mismo.

Muchas veces es lineal, pero no siempre.

Hay pues una relación K= F/&, donde F es la fuerza aplicada, & la deformación o desplaza­miento del resorte y K un factor para cada tipo de muelle que se llama constante elástica del mismo (es la pendiente de la curva carga-deformación).

Cuando la deformación del resorte es lineal K es contante.

Aunque normalmente hablamos de fuerza y defor­mación del resorte en el sentido de aplicación de F hay que tener en cuenta que puede quedar sometido a un momento M en cuyo caso hablaremos de deformación angular.

Existe por tanto una relación M=.f (O).

Se llama rigidez del resorte a la relación, o cantidad de fuerza que hay que aplicar para obtener la deformación o desplazamiento unitario.

A la inver­sa, se llama flexibilidad del resorte.

En servicio hay resortes que funcionan solo sobre una parte de su banda teórica operativa.

La energía almacenada por un resorte depende de la carga aplicada F y de su desplazamiento &.

Usos de los Resortes

Encuentran numerosas aplicaciones dada su capacidad para acumular y liberar energía.

Así los encontramos con fines de amortiguación, operaciones de válvulas, aislamiento de choques y vibraciones, y más.

Tienen la virtud de asegurar el contacto entre ele­mentos por su capacidad para imponer una fuerza de ajuste.

Pueden también actuar como elemento motriz (por ejemplo resorte de reposición de posición del pistón en martinete hidráulico).

Termilogía Básica

Altura libre, también llamada longitud libre (L1).

Es la longitud del resorte de compresión sin carga.

Altura sólida, también longitud sólida o longitud de bloque (L,).

Es la longitud del resorte de compresión cuando se aplica la suficiente carga para poner todas sus espiras en contacto, cerradas.

Carga. Es la fuerza que se aplica al resorte y que ocasiona deflexión de sus espiras.

Constante elástica. Es la variación de carga por uni­dad de deformación.

Se expresa en kilogramos fuerza por centímetro (o libras fuerza por pulgada).

Cuadratura de los extremos. Desviación angular entre el eje de un resorte y un eje normal al plano los extremos.

Deflexión. Desplazamiento de los extremos de un resorte bajo la aplicación o remoción de una carga.

Diámetro espiral medio. Diámetro exterior del resorte menos el diámetro del alambre que lo compone.

Diámetro principal. Diámetro de la espira perpen­dicular al eje del resorte, medido a partir del centro del alambre.

Espiras activas. Las espiras que están libres para desplazamiento bajo la acción de una carga.

Espiras cerradas. Enrollado completo del resorte con las espiras en contacto una con otra.

Espiras inactivas. Espiras que no están libres para desplazamiento bajo la acción de una carga.

A la inver­sa, al menos debe haber dos espiras activas para que podamos hablar de resorte.

Espiras por pulgada. Una forma de definir el paso del resorte.

Extremos simples, no rectificados. Extremos de un resorte de compresión con paso constante para cada espira.

Se llaman también resortes de extremos abier­tos no rectificados.

Extremos simples, rectificados. Igual que el ante­rior, pero con las espiras extremas sometidas a opera­ción de rectificado.

Extremos a escuadra. Extremos de los resortes de compresión en los cuales el ángulo de las últimas espi­ras es perpendicular al eje del resorte.

Se llaman tam­bién resortes cerrados no rectificados.

Extremos a escuadra y rectificados. Igual que el resorte de extremos a escuadra, excepto que ahora las últimas espiras están rectificadas para proveer una superficie de contacto plana.

Se llaman también resor­tes cerrados rectificados.

Frecuencia natural. La vibración libre de más baja frecuencia existente en un resorte con sus extremos fijos (se expresa en ciclos por segundo).

Índice del resorte. Relación entre el diámetro medio de las espiras y el del alambre de construcción (Did).

Número total de espiras. Igual al número de espiras activas más las inactivas de los extremos.

Paso. Distancia de centro a centro del alambre entre un par de espiras activas adyacentes.

 

 

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