Resortes 101:comprensión de los conceptos básicos y tipos de resortes

Los resortes son componentes mecánicos que absorben elásticamente las cargas aplicadas. Por "elásticamente", queremos decir que estos resortes volverán a su posición original una vez que elimine la carga aplicada. Esto los hace útiles en aplicaciones que exigen capacidades de almacenamiento de energía o de absorción de impactos.

Sin embargo, existen varios tipos de resortes, todos los cuales tienen diferentes diseños e idoneidad para diferentes necesidades de aplicación.

En este artículo, volveremos a los conceptos básicos de los resortes. Primero discutiremos el principio de funcionamiento de los resortes y luego cubriremos los diferentes tipos de resortes y sus aplicaciones.

Ley de Hooke:comprensión del principio operativo básico de los resortes

La ley de Hooke describe la forma en que los resortes reaccionan a las cargas aplicadas. Para comprender esta ley, consideraremos un resorte simple que se extiende cuando se le aplica una carga (varilla de oro), como se muestra en la figura a continuación.

Figura 1:Los resortes normalmente obedecen la Ley de Hooke
Fuente:Wikimedia Commons

Ley de Hooke establece que la cantidad de fuerza (o carga) necesaria para extender este resorte una cierta distancia se escala linealmente con esa distancia. En términos simples, significa que la cantidad de fuerza (o carga) es directamente proporcional al desplazamiento (o desviación) del resorte. Entonces, si agrega el doble de fuerza al resorte, estirará el resorte el doble del desplazamiento original.

Matemáticamente, la ley de Hooke está representada por:

                                                                                                F =-kX

Donde:
F =Fuerza (o carga) aplicada al resorte
X =Desplazamiento del resorte
k =Constante de resorte (o tasa de resorte)

El signo negativo en la ecuación de Hooke significa que la dirección de la fuerza restauradora del resorte es opuesta a la fuerza que causa el desplazamiento. Entonces, por ejemplo, tirar hacia abajo del resorte (extensión) causará una fuerza de restauración frontal. Sin embargo, tenga en cuenta que la ley de Hooke solo se cumple si no se excede el límite elástico del material del resorte. Ahora, cubriremos seis tipos de resortes que debe conocer.

Tipos comunes de resortes y sus aplicaciones

Muelles de compresión n.º 1

Los resortes de compresión son resortes helicoidales diseñados para resistir fuerzas de compresión axial, lo que significa que resisten fuerzas que tienden a aplastarlos o presionarlos.

Figura 2:Resorte de compresión

Míralo de esta manera. Cuando aplica fuerza (o carga) a un resorte de compresión, la fuerza comprime (o acorta) el resorte y hace que almacene energía. Cuando quitas esta carga aplicada, el resorte libera energía y empuja la carga mientras intenta volver a su longitud original.

Los resortes de compresión aparecen en diversas industrias, incluidas las industrias aeroespacial, médica y automotriz. Por ejemplo, encontrará estos resortes en amortiguadores, válvulas y bolígrafos de automóviles.

Muelles de extensión n.º 2

Los resortes de extensión son resortes helicoidales helicoidales que resisten las fuerzas de tracción, lo que significa que resisten las fuerzas que tienden a separarlos. Por lo general, cuentan con un gancho en sus extremos que actúa como puntos de sujeción.

Figura 3:Resorte de extensión

Estos resortes son ideales en aplicaciones donde los componentes tienden a separarse, por ejemplo, puertas de garaje. También los encontrará en alicates de mandíbula, palancas de tracción y máquinas de pesaje.

Resortes de torsión #3

Los resortes de torsión son resortes de forma helicoidal que ejercen una fuerza (o resisten la rotación y el par) cuando se tuercen. A diferencia de los resortes de compresión que requieren una fuerza lineal para empujar, los resortes de torsión almacenan (y liberan) energía rotacional a través del par, que es el equivalente rotacional de una fuerza lineal.

Figura 4:Resorte de torsión

Estos resortes cuentan con dos patas rectas en los extremos que actúan como puntos de unión y le permiten aplicar torsión. El par hace que el resorte gire sobre su eje y almacene energía de rotación. Sin embargo, los resortes de torsión tienen un rango de movimiento limitado (hasta 360°) y son ideales para puertas y bisagras, contrapesos y retornos de palanca en aplicaciones automotrices.

(Publicación relacionada: 3 información importante sobre el mecanizado CNC en la industria automotriz)

Resortes de hojas #4

Los resortes de hojas consisten en varias placas metálicas planas y livianas (de curvatura similar pero de diferentes tamaños) apiladas una encima de la otra. Estas placas de metal suelen estar sujetas o atornilladas, lo que les otorga una gran resistencia y flexibilidad.

Figura 5:Ballesta

Estas ventajas los hacen ideales para aplicaciones automotrices donde existe la necesidad de brindar una gran cantidad de soporte entre las ruedas, los ejes y el chasis del automóvil. Además, pueden absorber golpes y vibraciones en vehículos comerciales pesados ​​como furgonetas, camiones y autobuses.

Sin embargo, los resortes de hojas tienen un diseño complejo y requieren una precisión de fabricación precisa para que valgan la pena. El mecanizado CNC es uno de los pocos procesos de fabricación comúnmente utilizados para crear estos resortes con precisión.

(Publicación relacionada: ¿Qué es el mecanizado CNC? comprender este fascinante proceso de fabricación)

Resortes de liga #5

Los resortes de liga son básicamente resortes helicoidales (resortes de extensión o compresión) conectados en ambos extremos para formar una forma circular. Este diseño único permite que los resortes toroidales proporcionen una fuerte fuerza radial dirigida hacia su centro.

Figura 6:Muelle toroidal

Estos son ideales en aplicaciones donde es necesario mantener la presión, como el sistema de transmisión de vehículos y sellos de bombas hidráulicas. Esto se debe a que la poderosa fuerza radial de un resorte toroidal crea un sello presurizado alrededor de las tuberías que evita fugas o contaminación por polvo y productos químicos.

Muelle de disco n.º 6

Los resortes de disco son arandelas elásticas de forma cónica, generalmente hechas de acero. Son ideales para aplicaciones que presentan cargas muy altas en espacios limitados, como sistemas de frenos de vehículos y reguladores de presión.

Figura 7:Resorte de disco

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