Diseo de un resorte helicoidal de extensin

Variables utilizadas en el diseo de un resorte helicoidal

Materiales comunes para resortes

Resistencia cortante Se ha determinado, a travs de pruebas extensas, que una estimacin razonable de la resistencia ltima a la torsin de materiales comunes para resortes es del 67% de la resistencia ltima a la tensin.

Resortes helicoidales de extensinLos resortes helicoidales de extensin son similares a los resortes helicoidales de compresin, slo que se cargan por tensin,

Espiras activas en los resortes de extensinTodas las espiras del cuerpo se consideran espiras activas, pero normalmente se agrega una al nmero de espiras activas para obtener la longitud del cuerpo Lb.

La longitud libre se mide a partir del interior de un extremo de la oreja (o gancho) al interior del otro, pero podra variar al cambiar la configuracin del extremo sin modificar el nmero de espiras.Constante de resorte en resortes de extensinLas espiras de un resorte de extensin estn enrolladas estrechamente, mientras el alambre se dobla conforme se enrolla, creando una precarga en las espiras que se debe vencer para separarlas.

Observe que no hay deflexin, sino hasta que la fuerza aplicada excede la fuerza de precarga Fi inherente al resorte.

ndice de resorteEl ndice C de resorte es la razn entre el dimetro D de la espiral y el dimetro d del alambre.

El rango preferido de C se encuentra entre 4 y 12. Es difcil fabricar un resorte con C 12 estara propenso a pandearse, pero tambin a enredarse con facilidad cuando se maneja masivamente.Deflexin en resortes de extensinLa deflexin en la espira se obtiene con la misma ecuacin que se utiliza para el resorte de compresin con una modificacin por la precarga.

Precarga de la espira en resortes de extensinLa precarga Fi se puede controlar en alguna medida durante el proceso de manufactura, por lo que se debe disear para mantener el esfuerzo inicial de la espira dentro del intervalo preferente que se muestra en la figura.

Esfuerzos en la espira en resortes de extensinLos esfuerzos en las espiras se calculan con las mismas frmulas utilizadas en los resortes de compresin. Los factores Ks y Kw se emplean del mismo modo.

Sustituyendo:

Queda

Donde:

Como el factor Kw de Wahl incluye ambos efectos, pueden separarse en un factor de curvatura Kc y el factor de cortante directo Ks mediante:

Esfuerzos en los extremos en resortes de extensinLos ganchos o las orejas estndares tienen dos ubicaciones de alto esfuerzo. El esfuerzo mximo de torsin ocurre en el punto B, donde el radio de flexin es menor. Tambin existe un esfuerzo de flexin en el gancho o la oreja en el punto A, puesto que el extremo est cargado como una viga curva. Asimismo, Wahl defini un factor Kb de concentracin de esfuerzos de flexin en un alambre curvo. El esfuerzo de flexin en el punto A se determina con:

Donde:

Y

es el radio promedio del gancho, como se ilustra en la fi gura 10-23. Observe que para un extremo estndar, el radio promedio del gancho es el mismo que el radio de la espira. El esfuerzo de torsin en el punto B se obtiene a partir de

Donde:

Y

es el radio en el lado de doblez, C2 debe ser mayor que 4.

Diseo de un resorte helicoidal de extensin para carga cclica

Se desea disear un resorte de extensin para carga dinmica, que tenga vida infinita, que pueda ser utilizado en trampolines.Con una carga mnima de 222 Newtons (50 Lb) y una fuerza mxima de 378 Newtons (85Lb) para una deflexin dinmica de 12.7mm (.5 in) Se utilizarn ganchos estndar en cada extremo. Se emplear alambre tipo ASTM A228, debido a que las cargas a soportar son dinmicas.

1. Se supone un dimetro de prueba del alambre de 0.192 in (5 mm) de los tamaos disponibles en la tabla 2. Se utiliza un ndice de resorte C =7.5 para calcular el dimetro medio D de la espiral:

2. Utilice el valor supuesto de C para determinar el valor adecuado del esfuerzo inicial en la espira.

3. Factor de cortante directo

4. Determinar las fuerzas media y alternante

5. Calcular el esfuerzo cortante medio

6. Obtener el Factor de Wahl y utilcelo para calcular el esfuerzo cortante alternante en la espira

7. Determinar la resistencia ltima a la tensin con la tabla 4

8. Factor de seguridad contra la fatiga para las espiras en torsin.

9. Esfuerzos en los ganchos de los extremos

10. Para determinar el factor de seguridad a la fatiga para el gancho en flexin:

Factor de seguridad dinmico en resortes helicoidales de torsin

11. Esfuerzos de torsin en el gancho. R2 es el radio en el lado de doblez, debe ser mayor que 4. Utilizando un valor propuesto =5 Se obtiene

12. 4. El factor de seguridad contra la fatiga por torsin en el gancho.

Factor de seguridad dinmico13. La constante del resorte

14. Nmero total de espiras

15. Longitud libre

DiseoLa especificacin de diseo de este resorte de alambre A228 es: