Tipos de Resortes Explicados: Aplicaciones y Guía de Selección

Los resortes son componentes mecánicos de gran importancia usados para efectuar movimiento, mejorar capacidades de absorción de choques, etc., en muchos productos. En otras palabras, servicios de prototipado rápido como impresión 3D y mecanizado CNC pueden fabricar diferentes tipos de resortes empleados en la fabricación de productos como relojes, teléfonos móviles, etc.

Algunos de los productos más ampliamente usados incorporan resortes en su diseño. Esto requiere la necesidad de conocimiento y selección, y da origen a la necesidad de entender los resortes y sus aplicaciones. Este artículo, por tanto, habla sobre resortes, sus ventajas y desventajas, y los diferentes tipos de resortes y sus aplicaciones.

Principio del Resorte

Comencemos con algo sobre el resorte. Un resorte es un dispositivo que almacena energía cuando hay una aplicación de fuerza (desde una carga) y libera la energía después de la remoción de la carga. Bajo condiciones normales, independientemente de los tipos de resortes usados en un producto, el resorte volverá a su forma original al remover la carga.

El uso de resortes en cualquier producto se basa en la Ley de Hooke. La ley de Hooke simplemente demuestra la relación entre la "fuerza" ejercida sobre un resorte y su elasticidad. En términos simples, la ley de Hooke establece que la fuerza necesaria para la compresión y extensión del resorte es directamente proporcional al desplazamiento.

Matemáticamente, la Ley de Hooke se expresa como F = -kX,

F = fuerza aplicada al resorte

X = desplazamiento del resorte (el valor negativo indica que la fuerza restauradora es opuesta a la dirección).

k = es la constante del resorte. Depende de los tipos de resortes y muestra la rigidez.

Diferentes Tipos de Resortes y sus Aplicaciones

Los resortes se fabrican con diferentes materiales, formas, funciones, etc., lo que requiere diversas aplicaciones. Y los resortes tienen tres categorías principales, cada una con diferentes subcategorías.

Categoría Uno: Resortes Helicoidales

Los resortes helicoidales son los tipos más comunes en la fabricación de productos. Alambre enrollado en forma de hélice (de ahí el nombre) con diferentes secciones transversales puede hacer resortes helicoidales. A continuación, los tipos de resortes bajo la categoría uno.

1. Resortes de Compresión

Los resortes de compresión son resortes helicoidales de bobina abierta con diámetro enrollado constante y forma variable que resisten la compresión axial.

El ejemplo más simple de su aplicación es en el bolígrafo, donde es responsable del efecto "pop". También es aplicable en válvulas y suspensiones.

2. Resortes de Extensión

A diferencia de los resortes de compresión, los resortes de extensión son resortes helicoidales de bobina cerrada. Son adecuados para crear tensión, almacenar la energía y usar la energía para devolver el resorte a su forma original.

Un ejemplo simple de sus aplicaciones es en puertas de garaje. Otros son en palancas de tracción, alicates de mandíbula y máquinas de pesar.

3. Resortes de Torsión

Un resorte de torsión está unido a dos componentes diferentes usando sus dos extremos. Esto mantiene los dos componentes separados en un cierto ángulo. Estos resortes usan dirección radial cuando la fuerza actúa radialmente debido a la rotación. Además, las capacidades de mecanizado CNC pueden producir resortes de torsión de dos cuerpos personalizados en grandes volúmenes.

4. Resortes Espirales

Los resortes espirales se hacen enrollando tiras metálicas rectangulares en espirales planas. Al activarse, almacenan una cantidad razonable de energía y pueden liberarla a una tasa constante. La liberación constante lo hace adecuado para relojes mecánicos, juguetes y reclinadores de asiento.

Categoría Dos: Resortes de Ballesta (Leaf Springs)

Los resortes de ballesta son tipos de resortes hechos de placas metálicas rectangulares, también conocidas como hojas. Las placas metálicas rectangulares normalmente se atornillan y sujetan, y tienen uso principal en vehículos pesados. A continuación, los diferentes tipos de resortes de ballesta y sus aplicaciones.

1. Resorte de Ballesta Elíptico

Por la conexión de dos resortes semi-elípticos en dirección opuesta se puede construir el resorte de ballesta elíptico. Esto forma una forma elíptica. El eje y el bastidor sujetan los resortes elípticos. No hay necesidad de grilletes de resorte ya que los dos resortes semi-elípticos se alargan la misma cantidad durante la compresión. Los resortes de ballesta elípticos solo eran aplicables en coches antiguos, no hoy en día.

2. Resorte de Ballesta Semi-Elíptico

Estos son los resortes de ballesta más populares en automóviles. Están hechos de hojas de acero con diferentes longitudes pero mismo ancho y espesor. La hoja superior/más larga en los dos extremos es la hoja maestra. La disposición de las hojas de acero se asemeja a una forma semi-elíptica.

Los resortes de ballesta semi-elípticos tienen un extremo rígidamente fijado al bastidor del vehículo y el otro al grillete. Esto ayuda a variar las longitudes y absorber choques al viajar en terrenos difíciles. Los resortes semi-elípticos requieren menos mantenimiento, son fáciles de reparar y tienen larga vida.

3. Resorte de Ballesta Cuarto Elíptico

También conocido como resorte de ballesta tipo voladizo, el resorte de ballesta cuarto elíptico también es un resorte de ballesta antiguo. Tiene un extremo fijado en el miembro lateral del bastidor con ayuda de una abrazadera en U o tornillo en I. El otro está libremente conectado al eje delantero. Cuando la viga del eje delantero se somete a una carga de choque, las hojas se enderezan para absorber el choque.

4. Resorte de Ballesta Tres Cuartos Elíptico

Un ejemplo simple de su aplicación es una bisagra de puerta. Aquí, cuando abre la puerta, el resorte almacenará su energía rotacional; cuando suelta la puerta, el resorte usa la energía almacenada para devolver la puerta a su posición original. La fuerza de rotación depende de la rotación del resorte.

Este resorte de ballesta es una combinación del resorte cuarto elíptico y semi-elíptico. Un extremo de la parte semi-elíptica se une al bastidor del vehículo, mientras que el otro se une al resorte cuarto elíptico. El otro extremo del resorte cuarto elíptico se une al bastidor y la cabeza por el tornillo en I.

5. Resorte de Ballesta Transversal

El resorte de ballesta transversal proviene de montar transversalmente un resorte de ballesta semi-elíptico a lo ancho del vehículo. La disposición es tal que la hoja más larga del resorte está ubicada en la parte inferior, la porción media está fijada al bastidor con ayuda de un tornillo en U. Los resortes de ballesta transversales utilizan dos grilletes. Sin embargo, pueden causar balanceo, haciéndolos inadecuados para automóviles.

Categoría Tres: Resortes de Disco (Disk Springs)

Los resortes de disco son resortes singulares o múltiples apilados juntos en disposiciones en serie o paralelo. Esta disposición les permite absorber una alta carga en espacios reducidos. Tipos de resortes de disco incluyen:

1. Resorte de Disco Belleville

También conocido como resorte de disco cónico, el resorte de disco Belleville tiene una construcción acampanada. No se acuestan planos. En su lugar, toman una forma canónica que se comprime y les permite manejar cargas pesadas.

2. Resorte de Disco Curvado

También conocidos como arandelas crescentes, aplican presión ligera a su par de acoplamiento para resistir el aflojamiento como resultado de la vibración. Son adecuados para distribuir cargas de tornillos, tornillos y tuercas roscados uniformemente en máquinas que producen vibración constante.

3. Resorte de Disco Ranurado

Las ranuras en el diámetro exterior e interior de un resorte de disco pueden hacer el resorte de disco ranurado. Esto resultará en una palanca que reduce la carga del resorte y aumenta la deflexión. Los resortes de disco ranurados tienen amplia aplicación en transmisiones automáticas, embragues y acoplamientos de sobrecarga.

4. Resortes de Disco Ondulados (Wave Disk Springs)

Los resortes de disco ondulados tienen múltiples ondas por vuelta y son adecuados para proporcionar cargas precisas y predecibles. Aquí, pueden actuar como un cojín absorbiendo tensión debido a la compresión axial.

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Materiales Usados para Fabricar Resortes

A diferencia de la suposición convencional de que los resortes vienen de hierro, es importante saber que los resortes vienen de diferentes materiales. Los tipos de materiales, por tanto, determinan las propiedades, tipos de resortes y sus aplicaciones. A continuación, los materiales comunes:

· Aleación de Cobre-Berilio

Los resortes hechos de esta aleación tienen alta resistencia, bajo fluencia y excelente conductividad. También son adecuados para formar formas y formas complejas. Consecuentemente, es bueno usar aleación de cobre para hacer resortes usados en instrumentos musicales, ciertos dispositivos de medición, balas, etc.

· Cerámica

El material cerámico es adecuado para hacer resortes usados a temperaturas muy altas. Es resistente a la abrasión, al agua y es muy duro. También tiene un bajo coeficiente de fricción y baja densidad.

· Materiales Compuestos de Fibra de Vidrio Unidireccional

El material compuesto de fibra de vidrio unidireccional es una fibra de vidrio reforzada que tiene una fuerza poderosa. Consecuentemente, los fabricantes ahora lo consideran como material potencial para fabricar todos los resortes.

· Caucho/Uretano

Estos materiales son adecuados para hacer resortes con diseño cilíndrico/no helicoidal. Son seguros y confiables, y debido a sus propiedades no conductoras, tienen aplicaciones en productos donde siempre hay un problema con magnetismo, corrosión y vibración.

· Aleaciones de Acero

El resorte de aleación de acero es el tipo más popular de resorte usado. Pueden mejorarse con otros materiales, pero independientemente, tienen excelente resistencia y durabilidad.

Ventajas y Desventajas de los Resortes

Los resortes tienen algunas ventajas agradables cuando son una de las partes esenciales que comprenden una serie de productos ampliamente usados, pero también llevan algunas desventajas. Veamos por turnos las ventajas y desventajas de los resortes.

Ventajas de los Resortes

· Mejor Capacidad de Absorción de Choques

Los resortes tienen una amplia aplicación en muchos productos ya que pueden reducir el efecto del choque absorbiéndolos. Cuando el producto experimenta un choque, el resorte se comprime y relaja para absorberlo. Consecuentemente, los resortes son partes importantes de vehículos.

· Almacenamiento de Energía

El resorte espiral es un ejemplo de resorte que puede servir como alternativa a una batería. Al aplicar fuerza, el resorte puede generar energía y liberarla de manera constante. Esto lo hace un componente importante del reloj mecánico.

· Mecanismo de Unión

Usar resorte puede unir dos partes de un producto o pieza juntas. Por ejemplo, los resortes se aplican en garajes, puertas y máquinas de pesar para unir dos partes con el fin de funcionar.

· Estabilidad del Producto

Por su uso en capacidad de absorción de choques, los resortes aseguran que los productos que los usan sean estables. La estabilidad del producto también puede ser una forma de reducción de fricción y vibración de partes.

Desventajas de los Resortes

· Costosos

Añadir un resorte puede ser costoso en algunas máquinas. Esto se debe a los diferentes tipos de resortes, la facilidad de fabricarlos, la disponibilidad del material correcto y el diseño del producto.

· Pierden su Efecto con el Tiempo

Los resortes pierden su efecto con el tiempo debido a la compresión y relajación simultáneas. Esto depende del material usado en su fabricación. Eventualmente, dejarán de obedecer la ley de Hooke, es decir, no volverán a la forma original tras la deformación.

Conclusión

Los resortes son una parte importante de cualquier producto que sufra movimiento. Cuando se comprimen y expanden, pueden almacenar y liberar energía. Elegir el resorte correcto viene con conocer los tipos de resortes usados hoy en día. Cada resorte tiene sus propias características y propiedades dependiendo de los tipos de materiales usados, el diseño y el proceso de fabricación. Por tanto, al elegir fabricar un resorte para su producto, es mejor considerar los factores anteriores.

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Preguntas Frecuentes

Los tres tipos principales de resortes son los resortes helicoidales, resortes de disco y resortes de ballesta. Cada tipo principal tiene diferentes tipos de resortes bajo él. Por ejemplo, los resortes helicoidales consisten en resorte de torsión, resorte de extensión, resorte espiral y resorte de compresión.

Los resortes helicoidales consisten en 4 tipos diferentes de resortes, cada uno con su aplicación. Los cuatro son resorte de torsión, resorte de extensión, resorte espiral y resorte de compresión.

El tipo de resorte más común es el resorte de torsión. Tienen dos extremos unidos a dos componentes diferentes para mantenerlos separados en un cierto ángulo. Un ejemplo de aplicación es en la bisagra de la puerta. Aquí, cuando abre la puerta, el resorte almacenará su energía rotacional. Cuando suelta la puerta, el resorte usa la energía almacenada para devolver la puerta a su posición original.