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FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA

CARRERA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA TEMA MUELLES y RESORTES CURSO CALCULO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS I DOCENTE AUGUSTO EMILIO CACERES NUÑEZ

INTEGRANTES: ENRIQUEZ BUSTAMANTE DIEGO GOMEZ ORTIZ JOSE MANUEL PINARES CONDORI LAURA LARIZA AREQUIPA PERU 2016

INDICE

1.

INTRODUCCIÓN................................................................................................. 3

2.

FUNCION DE LOS RESORTES ..................................................................... 3 2.1.

3.

Aplicaciones ......................................................................................................3

CLASIFICACION DE RESORTES .................................................................. 4 3.1.

COMPRESION. ..................................................................................................4

3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.

3.2.

DE EXTENSION .................................................................................................5

3.2.1.

3.3.

Resortes helicoidales cilíndricos de tracción ......................................................6

TORSION. ...........................................................................................................6

3.3.1.

4.

Resortes helicoidales cilíndricos de compresión ...............................................4 Resortes helicoidales cónicos de compresión ....................................................4 Resortes helicoidales combinados (cono, cilindro) ...........................................5

Resortes helicoidales cilíndricos de torsión ........................................................6

3.4.

EN ESPIRAL .........................................................................................................7

3.5.

RESORTES PLANOS ........................................................................................7

3.6.

DE LÁMINAS (ballestas)...................................................................................8

PARÁMETROS PRINCIPALES DE UN RESORTE ...................................... 8 4.1.

NÚMERO DE ESPIRAS ÚTILES (n ..................................................................8

4.2.

NÚMERO TOTAL DE ESPIRAS (nt) .................................................................9

4.3.

SENTIDO DE ARROLLAMIENTOj. ...................................................................9

4.4.

PASO (p). ...........................................................................................................9

4.5.

DIÁMETRO INTERIOR (Di). ..............................................................................9

4.6.

DIÁMETRO EXTERIOR (De) .............................................................................9

4.7.

DIÁMETRO MEDIO (D) ......................................................................................9

4.8.

LONGITUD DEL HILO DE ALAMBRE (L) ........................................................9

4.9.

LONGITUD EN ESTADO LIBRE (L0) ...............................................................9

4.10.

LONGITUD CON LAS ESPIRAS UNIDAS (LC) ............................................9

4.11.

FLECHA MÁXIMA (sc) c.............................................................................. 10

4.12.

CARGA DEL RESORTE (Fcth). .................................................................. 10

4.13.

CARGA DEL RESORTE (F1)...................................................................... 10

5.

Energía de deformación .............................................................................. 10

6.

CÁLCULO DE RESORTES HELICOIDALES DE COMPRESION ............. 11

7.

WEBGRAFIAS ............................................................................................... 13

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MUELLES Y RESORTES 1. INTRODUCCIÓN Los muelles o resortes son elementos elásticos que tras recuperar su estado inicial después de haberse realizado sobre ellos la acción de una fuerza exterior, pueden ejercer una fuerza al volver a su posición inicial. Aunque no son verdaderos mecanismos, intervienen, sin embargo, en la construcción de máquinas como órganos adecuados para almacenar una cierta cantidad de energía de forma potencial, debida al trabajo de deformación, dentro del período elástico, cuya energía es devuelta al recobrar su forma primitiva. Por lo dicho se emplean en su construcción materiales muy elásticos que admiten grandes deformaciones .Se admite que si la carga exterior aplicada crece de modo continuo, la deformación que la misma produce le es proporcional, cumpliéndose la ley de Hooke sobre la elasticidad. Puede ser de distintos materiales como: •Acero al Carbono •Acero Inoxidable •Acero al Cromo Silicio •Cromo-vanadio •Bronces •Plástico, Etc. 2. FUNCION 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 2.1.

Aplicaciones  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.

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 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.

3. CLASIFICACION DE RESORTES

3.1.

COMPRESION. Resorte helicoidal bastante conocido. Se usa para amortiguar o absorber una fuerza de comprensión y regresar al elemento que la ejerce a su posición original. Un ejemplo de este son los amortiguadores de espiral (Automóviles)

3.1.1.

Resortes helicoidales cilíndricos de compresión Se oponen a las fuerzas exteriores que actúan sobre ellos, oponiéndose a ser comprimidos. Para facilitar los apoyos sus extremos son planos. En la Figura se representan en vista, en corte y de forma convencional este tipo de resortes, así como el cajetín de características

3.1.2.

Resortes helicoidales cónicos de compresión Su empleo fundamental se realiza para amortiguar choques de gran intensidad. Pueden ser de reacción circular o 4

rectangular. Para facilitar los apoyos sus extremos son planos. En la Figura se realiza la representación en vista, en corte y de forma convencional, así como cajetín de características.

3.1.3.

3.2.

Resortes helicoidales combinados (cono, cilindro)

DE EXTENSION Es diseñado para estirarse al ser halado, y retraer el elemento que ejerce tal fuerza a su posición original. Se caracteriza por ser resistente a la fuerza de tensión.

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3.2.1.

Resortes helicoidales cilíndricos de tracción Se oponen a que las fuerzas exteriores separen las espiras que por construcción están en contacto unas con otras. Pueden ser de hélice cilíndrica o de hélice convexa; en los extremos al alambre se les da forma de ojal. En la Figura se realiza la representación normalizada de este tipo de resortes. Puede llamarse muelle al resorte que se opone a una fuerza exterior tratando de estirarlo

3.3.

TORSION Poseen multitud de formas. Este tipo de resorte está sometido a momentos de torsión. Se usa para amortiguar choques entre partes. También se puede usar para la rotación de algunas piezas. Un ejemplo de este son los arranques de los automóviles, pinzas de sujeción y los seguros de las puertas. 3.3.1. Resortes helicoidales cilíndricos de torsión Cuando se produce una deformación angular entre sus extremos, estos resortes actúan por torsión. Se denominan también resortes de torsión enrollados y sus extremos o brazos deben permitir su apoyo o amarre correspondiente a las piezas que enlaza. En la Figura puede observarse la forma normalizada de realizar su representación

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3.4.

EN ESPIRAL Son resortes de torsión, ocupan espacio radial importante en comparación con su altura ó espacio axial. Pueden ser de dos tipos: resortes en espiral y resortes de tambor en espiral. En la Figura se recogen las representaciones normalizadas, así como el cajetín de datos completo para el resorte con tambor en espiral

3.5.

RESORTES PLANOS Los muelles planos son de una variedad tal que no admiten una descripción simple. Están constituidos esencialmente por piezas de metal plano, configuradas en forma capaces de absorber o liberar energía. Se usan frecuentemente como grapas o como elementos de expulsión.

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3.6.

DE LÁMINAS (ballestas) Se emplean como resortes de suspensión amortiguando choques. Están formadas por una serie de láminas de acero especial del mismo espesor y anchura, con curvatura y escalonamiento constante, unidas por el centro mediante tornillo o abrazadera. En la Figura se realiza la representación normalizada.

4. PARÁMETROS PRINCIPALES DE UN RESORTE A continuación realizaremos una descripción de los parámetros más importantes de un resorte, centrando nuestro estudio en el resorte helicoidal cilíndrico de compresión, por ser el más utilizado en los mecanismos. 4.1.

NÚMERO DE ESPIRAS ÚTILES (n): Número de espiras utilizadas para obtener la flecha máxima del resorte. 8

4.2.

NÚMERO TOTAL DE ESPIRAS (nt):

4.3.

Número de espiras útiles mas las espiras que forman los extremos (espiras de apoyo). nt=n+1,5 SENTIDO DE ARROLLAMIENTO:

4.4.

Sentido en el que gira la espira para un observador situado en uno de los extremos del resorte. El sentido es a la derecha (RH) si la espira gira, alejándose, en el sentido de las agujas del reloj, y a la izquierda (LH) si la espira gira, alejándose, en el sentido contrario al de las agujas del reloj. PASO (p): Distancia entre dos espiras útiles contiguas del resorte en estado libre, medida axialmente entre los centros de las secciones transversales del hilo de material.

4.5.

DIÁMETRO INTERIOR (Di): Diámetro de la superficie cilíndrica envolvente interior del resorte.

4.6.

DIÁMETRO EXTERIOR (De): Diámetro de la superficie cilíndrica envolvente exterior del resorte.

4.7.

DIÁMETRO MEDIO (D): Diámetro medio de las espiras. D=1/2(Di+De)

4.8.

LONGITUD DEL HILO DE ALAMBRE (L): Longitud total del hilo de alambre una vez desarrollada la hélice. L≅3,14Dnt

4.9.

LONGITUD EN ESTADO LIBRE (L0): Longitud total que presenta el resorte cuando no actúa sobre el mismo ninguna fuerza exterior. L0=np+1,5d

4.10.

LONGITUD CON LAS ESPIRAS UNIDAS (LC): Longitud total que presenta el resorte cuando todas las espiras están completamente comprimidas.

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4.11. FLECHA MÁXIMA (sc): Diferencia de longitud que presenta el resorte entre el estado libre y con la carga máxima. Para un resorte de compresión, se trata de la diferencia entre la longitud en estado libre y la longitud con las espiras unidas. Sc=L0-Lc 4.12.

CARGA DEL RESORTE (Fcth): Fuerza ejercida sobre el resorte para poder comprimirlo a la longitud LC con las espiras unidas.

4.13.

CARGA DEL RESORTE (F1): Fuerza ejercida sobre el resorte para poder comprimirlo a una

longitud L1, presentando una flecha de valor

5. Energía de deformación La manera más sencilla de analizar un resorte físicamente es mediante modelo ideal global y bajo la suposición de que éste obedece la Ley Hooke. establece así la ecuación del resorte, donde se relaciona fuerza F ejercida sobre el mismo con el alargamiento/contracción elongación "x" producida, del siguiente modo:

su de la o

Donde k: es la constante elástica del resorte, x : la elongación (alargamiento producido), 10

A : la sección del cilindro imaginario que envuelve al resorte y E: el módulo de elasticidad del resorte (no confundir con el módulo de elasticidad del material)

6. CÁLCULO DE RESORTES HELICOIDALES DE COMPRESION En un resorte helicoidal interesan el esfuerzo producido, la deflexión producida, la constante y la energía absorbida por lo tanto considérese la figura a) en la que se muestra un resorte helicoidal a compresión simple , donde : D = diámetro medio o entre centros del resorte ; d = diámetro del alambre ; P = carga aplicada y nc = numero de espiras activas y p = paso.

Debido a la geometría y simetría de este resorte, cualquiera de las secciones transversales del alambre está sometido al mismo estado de esfuerzos, escojamos pues la sección A-A para su análisis y hagamos un corte como se muestra en la figura 9.2b) .se puede visualizar que el alambre esta sometido simultáneamente a una fuerza de corte directa P y a un momento de torsión Mt , por lo tanto ambas cargas producen un esfuerzo cortante y empleando el principio de superposición se tiene :

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También es de interés, la deflexión que sufre el resorte bajo carga, se parte entonces de la deformación angular que sufre el alambre del resorte bajo el momento torsionante.

Para obtener la deformación axial, la ecuación (3.6) se multiplica por el factor D/2:

La constante del resorte que indica la carga necesaria para deformar al resorte una cierta distancia es igual a:

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Y por ultimo, ya se mencionó que una aplicación importante de los resortes es para absorber energía y se puede calcular con la ecuación

7. WEBGRAFIAS https://fbermejo.files.wordpress.com/2011/08/resortes-y-muelles-modo-decompatibilidad.pdf https://es.scribd.com/doc/165957867/MUELLES-RESORTES http://www.fullmecanica.com/definiciones/r/1239-resortes-helicoidales-detension http://www2.ula.ve/dsiaportal/dmdocuments/elementos/RESORTES.pdf http://olimpia.cuautitlan2.unam.mx/pagina_ingenieria/mecanica/mat/mat_mec/m 1/diseno_elementos%20de%20maquinas.pdf

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