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Hemos conocido ya los materiales y características de los resortes. Vamos ahora a profundizar más en los resortes helicoidales, específicamente, los resortes de compresión y de extensión, donde, para ambos, evaluaremos la relación carga-deflexión.
Relación carga-deflexión para resortes helicoidales de compresión
Cuando la carga sobre el resorte (P) y la deformación (δ) son proporcionales entre sí (en una relación lineal), se dice que se comportan según la “Ley de Hooke”. La constante de proporción: k, se denomina “constante del resorte”. La [Fig. 1] muestra una relación entre la carga y la deformación. La pendiente de esta figura representa la constante del resorte: k.
P = k x δ
k: Constante del resorte
Algunos ejemplos de productos diseñados y fabricados aprovechando esta propiedad son las balanzas de resorte (básculas para medir el peso de la carga) y los resortes para válvulas de seguridad que funcionan con una fuerza determinada.
Resortes con distintas características de carga
Contrariamente a las características lineales mostradas en (1), algunas cargas y deformaciones de los resortes tienen una relación no lineal. Los resortes helicoidales de compresión con características no lineales de carga y deflexión están disponibles en los siguientes tres tipos:
Las funciones de los resortes helicoidales de compresión con características no lineales se logran cuando la línea o líneas y la superficie de asiento entran en contacto a medida que aumenta la carga. Esto ocurre porque la posición del resorte helicoidal provoca un cambio en al menos uno de los siguientes parámetros de diseño: [1] diámetro del espiral, [2] paso o [3] diámetro del alambre.
La siguiente tabla resume las ventajas y desventajas de los resortes típicos con las características no lineales descritas anteriormente.
| Tipo de resorte con características no lineales | Ventajas | Desventajas |
| Resortes cónicos | –Se puede evitar el contacto con los objetos circundantes cuando el resorte se deforma. –El tipo de contacto de la superficie de asiento tiene la altura sólida más baja. | –Para el tipo de alambre de igual diámetro, el índice de absorción de energía se reduce a medida que disminuye el diámetro de la bobina. –El tipo de contacto de línea tiene la mayor altura sólida. |
| Resortes de paso variable | –Económico | –Mayor altura del sólido. –Mayor masa. |
| Resortes helicoidales con geometría cónica | –Menor altura del sólido. –Menor masa en comparación con los resortes de paso variable. | –Costoso |
Relación carga-deflexión para resortes helicoidales de extensión
A diferencia de los resortes helicoidales de compresión, a los resortes helicoidales de extensión no se les puede agregar características no lineales. Sin embargo, la tensión inicial se puede aplicar en los resortes.
Resortes helicoidales de extensión con tensión inicial
La tensión inicial, que es una fuerza que sujeta las espiras entre sí, puede aplicarse a los resortes helicoidales de extensión incluso sin carga. La tensión inicial se crea torciendo el alambre en la dirección del espiral en contacto entre sí, durante el proceso de bobinado del resorte. Los resortes conformados en frío y los resortes de espiral sólido se enrollan con cierta tensión. En general, los resortes diseñados específicamente para tener tensión inicial se denominan resortes con tensión inicial.
- Las características de carga y deflexión de los resortes con y sin tensión inicial se muestran en la [Fig.1].
- La [Fórmula A] representa la relación entre las cargas y la deflexión de un resorte de extensión mostrado en la [Fig.1]. La [Fórmula B] es una expresión relacional entre las cargas y la deflexión de un resorte de extensión con la tensión inicial.
[Fórmula A]
Carga P (N) = Constante del resorte k (N/mm) × Deflexión δ (mm)
[Fórmula B]
Carga P (N) = Tensión Inicial Pi (N) + Constante del resorte k (N/mm) × Deflexión δ (mm)
La tensión inicial Pi se calculará mediante la siguiente fórmula:
| Ventajas | Desventajas |
| Se puede minimizar la inestabilidad de los resortes sin carga. | La variación de la carga tiende a ser grande a una longitud determinada. |
| Es posible diseñar un resorte más pequeño (mayor carga con menor constante del resorte). | Aunque sea necesario realizar un recocido a baja temperatura para eliminar la distorsión producida por el bobinado, el resultado del recocido no será suficiente. |
Diferentes formas de resortes helicoidales de extensión
La mayoría de los resortes helicoidales de extensión carecen de características no lineales en el plano del resorte y se clasifican en el tipo cilíndrico y el tipo espiral en ambos extremos. Adicional a esto, la clasificación por la forma exterior, los resortes también pueden clasificarse por la forma de gancho en ambos extremos.
Los ganchos dobles integrados son los más comunes y se presentan en los siguientes estilos:
- Gancho semicircular
- Gancho circular
- Gancho circular invertido
- Gancho circular lateral
- Gancho cuadrado
- Gancho en U y gancho en V
Ganchos separados
- Extremo cónico con gancho circular
- Tipo tapón
- Tipo placa
¿Cómo asegurar los resortes?
Asegurar ambos extremos de un resorte es una medida importante para estabilizar su comportamiento. Existen formas muy adecuadas de asegurar ambos extremos dependiendo del tipo de resorte, como los resortes helicoidales de compresión y los resortes helicoidales de extensión.
¿Cómo asegurar resortes helicoidales de compresión?
Teniendo en cuenta el grado de libertad del resorte asegurado, evitar el pandeo y prevenir el desplazamiento del punto de carga, se adoptan los métodos mostrados en la [Fig.1] para asegurar ambos extremos de los resortes helicoidales de compresión. En cuanto a las puntas, utiliza una arandela para resortes helicoidales (SPGCC, por ejemplo) de MISUMI si utiliza el método mostrado en (b), esto, por su facilidad de fabricación. En caso contrario, prepara un agujero guía en ambos extremos y coloca el resorte en él.
¿Cómo asegurar resortes helicoidales de extensión?
Los ganchos en ambos extremos de los resortes helicoidales de extensión están disponibles en varias formas. a) es la forma más estándar. Consulta las características de b) y c) en la siguiente tabla.
| Forma de gancho | Características |
| Gancho V | Esta forma se adopta con frecuencia para equipos de medición porque puede minimizar la holgura (juego) entre el lado de acoplamiento y la zona del gancho de resorte. |
| Gancho cuadrado | Esta forma solo se adopta cuando el lado de contacto tiene forma de placa plana. |
Las características lineales y no lineales de los resortes basadas en las fórmulas carga-deflexión muestran las ventajas/desventajas de los diferentes tipos de resortes helicoidales. Tanto en compresión como en extensión, las capacidades de carga serán diferentes. Asegurar e instalar correctamente los resortes también es diferente según el tipo y la aplicación. En nuestra próxima y última publicación sobre resortes, hablaremos sobre la absorción de energía, la frecuencia y el fenómeno de la sobretensión de los resortes.