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Mecánica Aplicada a las Máquinas

Muelles/Resortes

Docente: Ing. MATIAS REYES Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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 volviendo a recuperar su forma inicial cuando cesa la acción de las mismas, es decir, presentan una gran elasticidad.

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Para su fabricación se emplean aceros de gran elasticidad (acero al carbono, acero al cromo-vanadio, acero al cromosilicio, etc.), aunque para algunas aplicaciones especiales pueden utilizarse el cobre endurecido y el latón. Debido al elevado valor de la maquinaria en la industria, los resortes han sido estudiados con meticulosidad; además, se producen en masa y se han determinado configuraciones ingeniosas para lograr una variedad de propiedades deseadas.

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Las aplicaciones de los resortes son muy variadas entre las más importantes pueden mencionarse las siguientes:  Como elementos capaces de absorber 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 elementos capaces de absorber vibraciones. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

Que es un Resorte Se conoce como muelle o resorte a un operador elástico, que puede ser de distintos materiales como: como:  Acero al Carbono,  Acero Inoxidable,  Acero al Cromo Silicio,  Cromo-vanadio,  Bronces,  Plástico,  Etc.

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Función de los Resortes De acuerdo con los componentes mecánicos la finalidad de los resortes es:  Mantener una posición  Aplicar una fuerza  Absorber vibraciones  Almacenar de energía.  Amortiguar las presiones externas.

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Materiales de los Resortes Entre las calidades más usuales podemos mencionar:  Alambres de acero al carbono estirados en frío y patentados según normas DIN 17223; ASTM A 228.  Alambres de acero al carbono, templados al aceite, para la fabricación de resortes de válvulas y embragues, según norma ASTM A 230.  Alambres de acero de aleación al cromo vanadio, templados al templados al aceite. Para la fabricación de resortes de válvulas de alta calidad, según norma ASTM A 232.  Alambres de acero de aleación al cromo silicio, templados al aceite. Para la fabricación de resortes de válvulas de alta calidad, según norma ASTM A 401. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

Resortes Introducción Existen diferentes tipos de resortes, cada uno de ellos con sus aplicaciones determinadas. La clasificación puede realizarse desde diferentes parámetros:  Según la forma del resorte: helicoidal cilíndrico, helicoidal cónico, en espiral, laminar.  Según la forma de la sección transversal del hilo: circular, cuadrada, rectangular.  Según el tipo de carga que soportan: de compresión, de tracción, de torsión, de flexión.

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Clasificación de Resortes Según la Tensión Interna o forma de Trabajo del Material

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Clasificación de Resortes Según el Tipo de Solicitación Externa

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Clasificación de Resortes Resortes de Alambres:  Comprensión  Extensión  Torsión Resortes Planos  Muelles

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Resortes Helicoidales de Compresión con Alambre, Redondo, Cuadrado, Ovalado

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Resortes Helicoidales, Definiciones

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Resortes Helicoidales, Esfuerzos

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Diseño de Resortes, Cálculos

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Diseño de Resortes, Cálculos a Fatiga

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Tablas de Cálculo

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Resortes Helicoidales Extremos

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Resorte Helicoidal Frecuencias Naturales

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Resorte Helicoidal Frecuencias Naturales

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Resortes Helicoidales de Compresión

a) Enrollado a la Derecha

b) Enrollado a la Izquierda

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Resortes de Compresión: Longitudes y fuerzas

Varias longuitudes y fuerzas aplicables a resortes helicoidales de compresión. (a) Sin carga; (b) Bajo carga inicial; (c) Carga de operación; (d) Carga de bloque. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Resortes Helicoidales de Compresión

Con Paso Uniforme

Con Paso Variable

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Resortes Helicoidales (a) alambre recto antes de arrollarlo;

(b) alambre arrollado que muestra el cortante transversal(o directo);

(c) alambre arrollado que presenta el cortante de torsión.

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Esfuerzos Combinados Esfuerzos cortantes que actúan sobre el alambre y la espira. (a) torsión pura ; (b) carga transversal; (c) esfuerzos combinados, sin efectos de curvatura; (d) mismo caso, teniendo en cuenta los efectos de la curvatura.

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Resortes de Compresión: Terminaciones

Comúnmente se emplean estos cuatro tipos. (a) Simple; (b) Simple y rectificado; (c) cuadrado; (d) Cuadrado y rectificado. Se obtiene una mejor transferencia de la carga empleando extremos rectificados Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Resortes Helicoidales Cónico

a) De Sección Circular

b) De Sección Rectangular

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Resortes de Extensión: Terminaciones

(a) Diseño convencional; (b) Vista lateral del caso (a); (c) diseño mejorado del caso anterior; (d) vista lateral del mismo.

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Muelles de Platillo

a) De Sección Circular

b) De Sección Rectangular

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Muelles de Platillo Muelles de platillo (diapositiva anterior): también conocidos como arandelas elásticas o muelles de disco, son arandelas cónicas que ofrecen una fuerza elástica proporcional a la deformación a la que son sometidas en la misma dirección axial. Al poder utilizarse apiladas, es posible diseñar muelles a medida según las necesidades. Son piezas sumamente precisas respecto a los valores teóricos. Están diseñadas para soportar un alto número de ciclos y su característica fundamental es que se pueden obtener grandes valores de fuerza en espacios reducidos.

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Arandelas Elásticas Belleville

Las Arandelas Belleville : o arandelas de presión, tienen como función evitar la pérdida de precarga entre un tornillo y una tuerca ó en cualquier otro tipo de unión que permita su colocación, al aplicar una presión permanente sobre ambos.

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Resortes Belleville 4E  P (h  )(h  )t  t  2 K1 D0 (1 )   6  (R 1)2  K1   ln R  R2  D R  o D

4Eht3 plana 1

o

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Resortes Belleville

Diferentes disposiciones. (a) En paralelo; Fuerza

º

(b) En serie.

vs

Deformación

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Comportamiento de un Resorte Belleville

Respuesta fuerza - deflexión de un resorte Belleville [de Norton, R.L. Machine Design (1996)]. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Arandelas para Rodamientos

Arandelas para cojinetes de bolas o rodamientos: Estos muelles están diseñados para actuar como retención de los cojinetes de bolas. Su función es la de absorber las vibraciones del cojinete (disminución del ruido), así como compensar las dilataciones térmicas del conjunto durante su funcionamiento sin que esto produzca una variación de la carga axial recomendada indicada por el fabricante del rodamiento. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Arandelas para Rodamientos

Arandelas para cojinetes de bolas o rodamientos: Estos muelles están diseñados para actuar como retención de los cojinetes de bolas. Su función es la de absorber las vibraciones del cojinete (disminución del ruido), así como compensar las dilataciones térmicas del conjunto durante su funcionamiento sin que esto produzca una variación de la carga axial recomendada indicada por el fabricante del rodamiento. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Resorte de Láminas o Ballestas

Resorte de láminas: (1) conjunto de láminas; (2) abrazaderas; (3) casquillos para el acoplamiento; (4) perno “capuchino”.

Este tipo de resorte se conoce con el nombre de ballesta. Está formado por una serie de láminas de acero de sección rectangular de diferente longitud, las cuales trabajan a flexión; la lámina de mayor longitud se denomina lámina maestra. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Resortes de hojas (Ballestas)

(a) Resorte en voladizo de placa triangular; (b) resorte de hojas múltiples equivalente. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Resorte de Tracción

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Resorte de Torsión

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Muelles, Generalidades

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Resortes de Tracción y Torsión

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Resortes de Torsión



32  M K/K  d3 i i



4C  C 1

4C(C 1) M 10,18  M  N  D E d2    a 2 / K E d 10,18  N  D

N N N /N  D'  D

N'

l l 3   D

// N  N  

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Resortes de Láminas: Ballestas

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Resortes de Láminas: Ballestas

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Resortes de Láminas: Ballestas

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Resortes de Láminas: Ballestas

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Resortes a Flexión Dos hipótesis de trabajo: 1. Como sólido compacto (viga), 2. Como sólido de “n” láminas,

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Estudio como Sólido Compacto

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Estudio como Sólido de “n” Láminas (I)

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Estudio como Sólido de “n” Láminas (II)

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Sólido de Tensión Constante

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Obtención de Sólidos con σmáxima Constante

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Obtención de Sólidos con σmáxima Constante

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Obtención de Sólidos con σmáxima Constante

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Ballestas

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Grapas de Muelles  Son Sujetadores autosuficientes de una sola pieza que no requieren elementos auxiliares de fijación tales como remaches, espárragos o tornillos.  Permite cierta flexibilidad en el diseño, compensa las tolerancias por acumulación y desalineamiento, y minimiza los dalos de instalación, USO DE LAS GRAPAS DE MUELLES: Se usan en aparatos domésticos, automóviles, radio, televisión, equipos electrónicos de comunicación, aviones, proyectiles, aires acondicionado, materiales de construcción, etc.. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Grapas

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Otros Tipos de Grapas Grapas de Darlete, los elementos de tipo darlete, para retención de paneles, están provistos de ensanchamientos que los aseguran dentro del panel o dentro de los huecos de sus componentes. Grapa Portaesparragos: Existen tres tipos básicos de portaesparragos: a) presión, b) tubulares y c) fijadores Autorroscable. Todos están diseñados para acople con espárragos sin rosca, remaches, pasadores simples , barras plásticas o metálicas. Grapas para Alambre, cable y tubería: Su fijación se da por medio de la tensión del resorte, sirve para compensar las variaciones y desalineamiento por tolerancias normales, y además evita el aflojamiento por vibración. Universidad Tecnológica Nacional – Mecánica Aplicada a las Maquinas 2019

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Grapas de Muelle de Moldaje: Provistas de patas que las aseguran al bastidor, y de brazos que encajan positivamente con las alas de moldaje delgados de varios tamaños y formas, y al mismo tiempo atraen firmemente el moldaje al bastidor que los sostiene. Grapas de Muelle en “U”, en “S” y en “C”; Estas grapas se denominan de acuerdo con su forma. Cumplen su función de fijación mediante fuerzas de resorte dirigidas hacia dentro y se utilizan para asegurar componentes de un conjunto o para su autorretencion luego de ser instalada.

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