Los resortes se suelen clasificar según tres pro­piedades:

Por su forma, según sección del alambre y de acuerdo con el tipo principal de carga que soportan.

l. Por la forma del resorte puede ser helicoidal cilín­drico, helicoidal cónico, en espiral, o laminar (en forma de hoja).

2. Por la forma de la sección transversal del alambre puede ser redonda, cuadrada, rectangular u ovala­da.

Para otras cosas iguales, los muelles helicoida­les de sección redonda soportan tensiones inferio­res a los otros tipos de sección.

Ahora bien, en principio poseen más tiempo útil de servicio.

3. Por el tipo de carga de diseño se clasifican en resortes de compresión, de tracción, torsión y fle­xión.

 

 

Resortes  Helicoidales de Compresión

 

 

El resorte de compresión  se fabrica normalmente con alambre de sección circu­lar (alambre redondo).

Se emplea para soportar cargas de compresión y de choque.

De tal modo que cuando reciben la carga su volumen disminuye y almacena energía.

Es uno de los resortes más usados en la industria.

En carga, el resorte de compresión se somete a esfuerzos de cortadura, de torsión y transversales.

Esto se aprecia  por la presencia de un momento M que actúa en la espira cuando se somete a fuerzas en dirección al eje axial del resorte.

Los resortes de compresión se presentan en varias formas:

 

(a) helicoidales cilíndricos;

(b) helicoidales de estampación;

(e) helicoidales cónicos-bicónicos,

(d) arandelas elásticas.

 

a. Los resortes con extremos simples se emplean en elementos de carga donde la precisión de respues­ta a la carga actuante no es importante.

Son resor­tes que tienen gran propensión a engancharse unos con otros durante el manejo y almacenamiento, cuando se tienen libres en las cajas de repuesto.

b. Los resortes simples con extremos rectificados son también de no precisión.

Se eligen para obte­ner máximo número de espiras activas.

Ejemplo: la instalación de un muelle en espacio reducido.

c. Los resortes a escuadra no rectificados se usan preferentemente cuando el diámetro del alambre es pequeño, del orden de 0,5 mm y menor.

d. Finalmente, el resorte a escuadra y rectificado se emplea para diámetro de alambre mayor al citado anteriormente.

Observe el lector que los resortes rectificados presentan una superficie de apoyo plana (asiento plano), repartiendo la carga que reciben de modo más uniforme.

Además, la terminación los extremos influye en el número de espiras activas y en la longitud sólida del resorte.

En efecto, en los resortes de extremos simples no se interrumpen las dos espiras de los extremos, en los rectifi­cados sí.

 

Resorte Helicoidal Cilíndrico de Compresión.

 

Este tipo de resorte es de uso general, utilizándo­ se en muelles para válvulas, engrasadores, amortigua­dores, etc.

Está formado por un alambre de acero de sección redonda, cuadrada u ovalada.

El paso del resorte puede ser constante o variable.

En efecto, observamos que para otras mag­nitudes iguales del resorte, excepto en paso, hay  mayor fuerza de reacción para un mismo desplazamiento.

Téngase presente que la variación del paso del resor­te en una aplicación determinada suele ser el mejor medio para impedir la vibración forzada del mismo, y evitar el efecto de resonancia (un ejemplo apropiado

son los muelles de las válvulas de admisión y escape en los motores alternativos).

Comentarios adicionales:

a. Hay ocasiones donde un resorte de compresión está sometido a carga axial, según su eje, pero también está sujeto a carga lateral.

Conviene seña­lar que, si bien la constante del resorte de compre­sión se mantiene fija en carga axial, para cualquier valor de ella, no sucede lo mismo cuando recibe una carga lateral porque su constante elástica varía según el grado de compresión que recibe.

Esto no es del todo desfavorable pues esta variación puede permitir la construcción de un resorte cuyo Índice se puede ajustar a la condición total de carga que recibe (axial más lateral).

b. En carga, la estabilidad del resorte de compresión puede situarse en valor crítico cuando su longitud libre Lfes cuatro veces mayor que el diámetro del resorte.

El resorte empieza a doblarse a un lado y otro, fuera de su eje.

El resorte «baila», en una palabra.

Por consiguiente, si una aplicación deter­minada precisa de un resorte de estas característi­cas, debe guiarse dentro de un tubo.

Bien entendi­do, el roce de las espiras con el tubo de guía cam­biará un poco la relación carga-deflexión original, en un sentido mayor o menor, depende de la situa­ción geométrica del muelle dentro de la guía.

c. Un resorte helicoidal de compresión experimenta aumento de diámetro cuando se somete a carga.

Por consiguiente, si las espiras de los extremos no tienen libertad para acomodar este cambio cuando el resorte se somete a carga, puede haber proble­mas de interferencia en sitios angostos o estre­chos.

El incremento de diámetro aumenta con el paso del resorte, pero disminuye con su diámetro.

También, este aumento del diámetro es menor si se emplea alambre más grueso o la sección del alambre es cuadrada o rectangular.

d. Para evitar problemas de vibración, la frecuencia natural de un resorte debe ser al menos 13 veces la frecuencia operativa que encuentra el resorte en funcionamiento, en su lugar de trabajo.

e. La vida de servicio de un resorte se acorta si un está sometido a carga cíclica; además, la carga máxima que puede soportar disminuye, a veces, de forma severa.

Por ejemplo, un resorte de acero inoxidable (A286), austenístico, sometido a una carga determinada F, de 10 con 6 ciclos, pierde casi un 77 % de su resistencia mecánica operativa en comparación con la que posee en condiciones de carga estática.

En este caso no debería cargarse más allá de 0,33F.

Los resortes sometidos a cargas cíclicas se perdigonean  con el fin de aumentar algo su resistencia a la fatiga, en nuestro ejemplo llegaríamos a 0,39F.

f. Hay resortes de paso variable; se llaman resortes de relación progresiva si las espiras se cierran (acercan) hacia uno de los extremos.

En operación cierran primero las espiras cuyo paso es más pró­ximo (hasta convertirse en inactivas por contacto); después cierran las demás.

La constante elástica del resorte K aumenta a medida que progresa la compresión y disminuye a medida que se expande (se recuerda que K es inversamente proporcional al número de espiras activas).

g. Las propiedades mecánicas (entre ellas el Límite Elástico) varían con la temperatura.

Esto significa que la elasticidad del resorte disminuye casi lineal­ mente con el aumento de la temperatura del mate­rial.

Los fabricantes de resortes han encontrado una excepción: usan las aleaciones Elinvar y Ni­ Span, aleaciones de níquel, que mantienen cons­tante el Índice del resorte en su banda operativa.

h. Usos a baja y alta temperatura de servicio.

El uso de resortes a temperatura de servicio inferior a O ºC ha de considerarse con cuidado si el material es acero, por su tendencia a la fragilidad.

Por otra parte, y a la inversa, la aplicación a alta temperatura disminuye su capacidad de carga.

Si no se supera el Límite Elástico del material la capacidad de carga del resorte tiende a recuperar­se cuando disminuye la temperatura.

 

Resorte de Matricería

 

Pertenece al grupo de resortes helicoidales para estampación, preparados para soportar grandes esfuer­zos, como las planchas que se utilizan para hacer tro­queles.

Tienen sección rectangular y almacenan más energía que los de sección circular.

Hay definidas cuatro series de resortes, de igual medida e intercambiables que se ofrecen en distintos colores para identificar su capacidad de carga.

De menor a mayor carga es: verde, azul, amarillo y marrón (este último para soportar grandes pesos).

Todos son de acero al cromo-vanadio o al cromo-silicio.

 

Resorte Helicoidal Cónico de Compresión

Este resorte  tiene entre otras la particularidad de que sus espiras, en forma de cono, pueden ser diseñadas para que cierren en forma telescópica, cada una dentro de la inmediatamente inferior.

Sus características se establecen en relación al diá­metro medio Dm (entre la espira mayor y menor).

Con referencia a Dm, la fuerza que almacena por unidad de desplazamiento es mayor que el cilíndrico de igual diá­metro.

Por tanto cabe su aplicación preferente en espa­cios angostos.

Las características de carga-deflexión del resorte se corresponden hasta que la espi­ra de abajo cierra.

A partir de ese momento la línea de variación la establece el fabricante de espira a espira, de acuerdo con la aplicación o utilización.

Si una apli­cación determinada precisa el mantenimiento de la constante elástica se puede hacer pero cambiando el paso de las espiras.

Hay un tipo de este resorte, de sección rectangular, que se llama de voluta.

Se fabrica con fleje delgado acero, con base plana y espiras telescópicas (altura del resorte igual al ancho del fleje).

Los flejes pueden rozar o no, según fabricación; en el caso de que rocen hay un factor de amortiguación por fricción.

Los topes de los vagones del ferrocarril son muelles de voluta.

 

Resorte Helicoidal Bicónico de Compresión

 

En realidad se trata de dos resortes cónicos montados con el diámetro menor en los extremos o en el centro.

Cabe intuir por su figura, y es así, que su actuación es similar al cóni­co simple pero encuentra en ocasiones facilidades de montaje.

Sus características antivibración son excelentes.

Resortes Helicoidales de  Tracción

 

Llamados también de extensión, estos resortes actúan de forma distinta a los de compresión;

Ahora se oponen a la fuerza exterior de extensión que trata de estirarlos axialmente.

Así, pues, las espi­ras del resorte están cerradas hasta que una fuerza exte­rior actúa sobre ellas.

En la práctica casi todos los resortes de extensión incorporan un cierto valor de tensión inicial.

Sirve para mantener las espiras cerradas.

Esto significa que están en carga aunque no experimentan deflexión alguna.

Dado el modo de trabajo, el resorte de extensión se presenta con los extremos en forma de gancho.

La carga inicial F que el fabricante introduce en el resorte es una función del tipo F =f (a/C) donde a es el esfuerzo que soporta el alambre, y C el Índice del resorte (relación diámetro medio al diámetro del alam­bre).

Normalmente el usuario recibe el resorte con carga inicial situada en un margen amplio, entre el 40 y 80% de F, según aplicación del resorte.

El resorte de extensión se somete a esfuerzos de fle­xión y torsión.

El máximo esfuerzo de flexión ocurre en el plano A-A, véase ilustración, y su magnitud depende del radio del gancho (aumenta para un cierto valor del mismo) y disminuye lógicamente con el diámetro del alambre (d).

La disminución del esfuerzo de flexión en el plano A-A es muy acusada cuando aumenta este diámetro, de hecho disminuye con d3.

El esfuerzo de torsión más importante ocurre cuando el alambre gira para dibujar la primera espira.

Los factores de influencia son los mismos que a flexión, es decir, el esfuerzo de torsión disminuye tam­bién drásticamente cuando aumenta d (matemática­mente es inversamente proporcional a d3).

La forma de variación típica carga deformación se corresponde con la imagen (B) o (D).

El fabricante puede suministrar un resorte con las espiras abiertas, separadas, si el proyectista de una aplicación particular no precisa carga inicial.

 

Resortes  Helicoidales de Torsión

 

Son tipos de resortes que se deforman cuando los extremos se someten a fuerzas opuestas, perpendicula­res a su eje.

El resorte es una bobina de alambre enrollado en forma de hélice que termina en dos brazos finales que se proyectan desde las últimas espiras.

Los resortes de torsión pueden ser simples o de doble torsión.

Se observa que el de doble tor­sión tiene bobinas conectadas que trabajan en paralelo.

En todo caso, las posibilidades de elección son múlti­ples.

El número de espiras activas del resorte de torsión es el número que están en bobina, sin contar las que dan prolongación a los extremos.

Estos resortes se utilizan en las bisagras de las puertas, en el mecanismo de puesta en marcha de motores de combustión interna, y en general en aparatos y mecanismos que precisan de un par de arranque.

La curva carga-deflexión de este resorte es de tipo lineal.

Vemos  que el resorte de torsión está sometido a carga de flexión, de valor F-h, genera­dora de un momento M que se aplica a cada extremo del resorte.

Es un tanto paradójico, pero la carga prin­cipal que recibe el material es de flexión, no se corres­ponde con su nombre (resorte de torsión).

El esfuerzo en la sección del alambre aumenta con el momento M aplicado y disminuye con el diámetro del alambre.

También en este caso, el diámetro del alam­bre ejerce una fuerte influencia en la reducción del esfuerzo en el material (vuelve a disminuir con el cubo d3 del diámetro).

El esfuerzo máximo ocurre en la parte más interna del alambre, es la primera que hay que inspeccionar por si hay daño.

El alambre de sección rectangular es ideal para este resorte y soporta mejor las cargas de flexión, pero resulta de fabricación más cara.

Por esta razón casi siempre el resorte de torsión es de alambre redondo.

Algunas cuestiones:

a. Puede ser necesario vencer al principio la resis­ tencia que ofrece la fricción en los alambres si estos están muy cerrados.

b. En ocasiones uno de los extremos se monta en posición fija y en el otro extremo se aplica el momento.

Ocasiona entonces un giro angular de este brazo.

c. Un resorte de torsión siempre se debe cargar en la dirección de disminuir el diámetro de la bobina de espiras.

En dirección contraria los esfuerzos resi­duales que permanecen en la bobina después de la fabricación se suman a los aplicados externamente.

d. El diámetro exterior del resorte disminuye al apli­car el momento exterior.

 

Resorte de Láminas

 

Es un resorte formado por una o un conjunto de láminas de acero de sección rectangular.

Cada lámina u hoja tiene diferente longitud, pero todas ellas trabajan a flexión.

Existen, pues, dos tipos de resortes, monolaminar o multilaminar.

El resorte de una sola lámina puede ser de vola­dizo o tipo viga.

Puesto que uno de los extremos de la lámina está fijo, cuando se aplica una carga F la lámina cede, adquiriendo en el extremo libre un desplazamiento determinado.

La cara de arri­ba de la lámina trabaja a compresión y la inferior a tracción.

El esfuerzo en el material aumenta con la longitud de la lámina, pero disminuye con su anchura y el cuadrado de espesor.

Por otra parte, el giro en el extremo (deflexión) aumenta con el cubo de la longitud de la lámina.

Hay resortes de este tipo que tienen gran espesor de material a partir del encastre del voladizo (resortes tra­ pezoidales) que, lógicamente, admiten mayores defle­xiones con el mismo nivel de esfuerzos en el material.

El resorte tipo viga se explica por sí mismo, pero su aplicación práctica reside en el resorte multilaminar, conocido comúnmente como ballesta.

La ballesta se usa como ele­mento de suspensión entre el bastidor y el eje de las ruedas de muchos vehículos.

Las hojas que forman la ballesta pueden ser planas, mejor curvadas en forma semielíptica.

La ballesta típica es esta última y las hojas (se prefiere esta denominación a la de láminas) están unídas mediante tomillos y abrazaderas.

Estas últimas mantienen las hojas en posición, alineadas, cuando reciben las cargas.

El principio de funcionamiento es que las hojas pue­ den deslizar unas sobre otras cuando soportan la carga, o el peso del vehículo en la aplicación que hemos comentado.

La longitud de cada hoja siempre es diferente res­pecto a las contiguas, de mayor a menor.

Las hojas se mantienen unidas mediante un orificio central común a todas ellas, atravesadas por un tornillo llamado capu­ chino.

El conjunto de la ballesta se une al bastidor del vehículo mediante la hoja más larga, cuyos extremos están curvados para permitir su encaje en el bastidor o chasis por medio de bulones.

Puesto que la ballesta tiende a ponerse recta cuando la rueda pasa por una desigualdad del terreno, aumen­tando su longitud, se une al chasis mediante un brazo, denominado gemela, que permite su alargamiento.

Así, pues, la gemela une bastidor y ballesta por medio de un tornillo pasante.

En el ojo de la ballesta se coloca un casquillo elásti­co, llamado silentbloc, para funcionamiento más silen­cioso.

La ballesta recibe la carga en los extremos y la reac­ción (doble) se produce en el centro.