Resortes: Tipos, Funcionamiento y Diseño para Ingeniería Mecánica

1. Definición de Resorte

Un resorte es un elemento flexible que ejerce una fuerza o par torsional y, al mismo tiempo, almacena energía. La fuerza puede ser lineal, de empuje o de tracción, o radial. Su acción es similar a la de una liga de hule alrededor de un rollo de dibujos. El par torsional se puede usar para generar una rotación, por ejemplo, para cerrar una puerta o una caja, o para formar una fuerza de contrapeso para un elemento de máquina que gira alrededor de una bisagra.

2. Clasificación de los Resortes

Los resortes se clasifican según el tipo de fuerza que ejercen:

• Empuje: Resorte helicoidal de compresión, resorte de Belleville, resorte de torsión (la fuerza actúa en el extremo del brazo de partición).
• Tracción: Resorte plano (como muelle en voladizo o de hojas), resorte helicoidal o de extensión, resorte de torsión (la fuerza actúa en el extremo del brazo del par torsional).
• Radial Torque: Resorte de fuerza constante, resorte torsional, banda de elastómero, pinzas de resorte, resorte de torsión, resorte de potencia.

3. Funcionamiento y Aplicación del Resorte de Torsión

Como su nombre indica, un resorte de torsión se usa para ejercer un par torsional a medida que se flexiona, girando alrededor de su eje. Un ejemplo común es el broche de la ropa, que utiliza un resorte de torsión para producir la acción de sujeción. También se utilizan para hacer girar puertas a sus posiciones abierta o cerrada, o para sostener tapas de recipientes.

4. Función del Resorte Helicoidal de Compresión

En la forma más común del resorte helicoidal de compresión, un alambre redondo se enrolla formando un cilindro con paso constante entre las espiras adyacentes. Esta forma básica se completa con diversos estilos de extremos.

5. Ángulo de Paso en un Resorte y su Fórmula

La mayoría de los diseños prácticos de resortes tienen un ángulo de paso menor de 12°. Si el ángulo es mayor de 12°, se desarrollan en el alambre esfuerzos de compresión indeseables y las fórmulas presentadas más adelante serán imprecisas. El ángulo de paso se calcula con la siguiente fórmula:

(La fórmula no fue proporcionada en el texto original)

6. Tipos de Carga y Esfuerzo Admisible en un Resorte

Los resortes se clasifican según el tipo de servicio:

• Servicio Ligero: Cargas estáticas o hasta 10,000 ciclos de carga, con baja rapidez de carga.
• Semi Promedio: Casos típicos en diseños de máquinas, aplicación con rapidez moderada y hasta un millón de ciclos.
• Servicio Severo: Ciclos rápidos con más de un millón de ciclos, con posibilidad de choques o impactos.

7. Esfuerzos de Flexión en Resortes Helicoidales de Compresión y Fórmula para el Cálculo

Al comprimir un resorte de compresión mediante una carga axial, el alambre se tuerce. Por consiguiente, el esfuerzo desarrollado en el alambre es un esfuerzo cortante por torsión y se puede calcular a partir de la ecuación:

T = Tc / s

(Donde T es el esfuerzo cortante, Tc es el torque y s es el área de la sección transversal del alambre)

8. Objetivo en el Diseño de Resortes Helicoidales de Compresión

El objetivo es especificar las dimensiones de un resorte que trabaje con los límites especificados de carga y deflexión, posiblemente también con limitaciones de espacio. Se especificará el material y el tipo de servicio, considerando el ambiente y la aplicación.

9. Resortes Helicoidales de Torsión y su Diseño

Muchos elementos de máquinas requieren resortes que ejecuten movimientos de rotación o ejerzan un par torsional y una fuerza de empuje o de torsión. El resorte helicoidal de torsión está diseñado para satisfacer estos requisitos.

10. Perfeccionamiento de los Resortes

Se debe tener cuidado para evitar que se formen muescas y ralladuras sobre el alambre del resorte, ya que pueden funcionar como sitios de inicio de grietas por fatiga. Al dar forma a los extremos de resortes de extensión o al dar otra forma especial, los radios de curvatura deben ser lo más grandes posible.