Ensayo de Resortes

Ensayo de Resortes

Objetivos:

Estudiar la respuesta que ofrece un resorte cilíndrico helicoidal de sección

circular solicitado por carga axial.

Determinar experimentalmente la constante de rigidez.

Estudiar la Distribución de esfuerzos.

Introducción:

Los resortes de compresión helicoidales son usados para resistir la aplicación de

fuerzas de compresión o almacenar energía en forma de empuje.

 ienen muchas formas y son usadas para distintas aplicaciones! como en la

industria automotriz! aeroespaciales! aparatos dom"sticos! etc. La forma m#s

com$n en resortes a compresión es la cilíndrica! pero tambi"n se fabrican otras

formas como los resortes cónicos y de la forma de barril. La sección del alambre

m#s com$n es el alambre redondo pero tambi"n se fabrica con sección cuadrada

y rectangular.

Los resortes de compresión pueden ser de paso uniforme o %ariable seg$n las

necesidades de la aplicación que se requiera.

rocedi!iento:

-. ateriales y/o Equipo0

•

1n 2ernier! sensibilidad de 3!34mm y -/-,5 pulg.

#quina de ensayo uni%ersal

•

6 Resortes

Dinamómetro

Regla milimetrada

7ig. - Resorte

7ig. , Dinamómetro

7ig. 6 #quina

uni%ersal

Fund"!ento teórico

Los resortes son componentes mec#nicos que se caracterizan por absorber

deformaciones considerables bajo la acción de una fuerza exterior! %ol%iendo a

recuperar su forma inicial cuando cesa la acción de la misma! es decir! presentan

una gran elasticidad! siendo utilizados con gran frecuencia en los mecanismos

para asegurar el contacto entre dos piezas! acelerar mo%imientos que necesitan

gran rapidez! limitar los efectos de choques y %ibraciones! etc.

+ara su fabricación se emplean aceros de gran elasticidad 8acero al carbono!

acero al silicio! acero al cromo9%anadio! acero al cromo9silicio! etc.:! aunque para

algunas aplicaciones especiales pueden utilizarse el cobre endurecido y el latón.

'e clasi;can seg$n0

•

La forma del resorte0 helicoidal cilíndrico! helicoidal cónico! en espiral!

laminar.

El tipo de carga que soportan0 de compresión! de tracción! de torsión! de

<exión.

La forma de la sección trans%ersal del hilo0 circular! cuadrada! rectangular.

"# RE$ORTE$ DE COMRE$I%N

1n resorte de comprensión es aquel que teniendo espacio libre entre espiras

ofrece resistencia a un esfuerzo perpendicular al eje que lo soporta! que como

se puede deducir por el nombre asignado! es de compresión. Estos resortes

son de cuerpo cilíndrico helicoidal abierto! y por lo general enrollado con

di#metro constante. *tras formas incluyen el reloj de arena! cono y barril. El

alambre redondo es el material m#s com$nmente usado para la fabricación de

los resortes de compresión! ya que es el m#s adaptable al herramental de

enrollado est#ndar. &o obstante! tambi"n puede usarse alambre cuadrado!

rectangular o de sección especial cuando así exige el dise=o.

7ig. > Resorte de ?ompresión

b# RE$ORTE$ DE TRACCI%N

( diferencia de los anteriores! estos resortes se cargan a tensión 8tracción:. (dem#s sus extremos presentan una serie de formas peculiares 8com$nmente en forma de ganchos: siendo dise=ados para absorber y acumular energía! mediante la creación de resistencia a la fuerza que los tensiona. En un resorte de tracción! todas las espiras son acti%as! y la tensión inicial es lo que mantiene las espiras ;rmemente apretadas. Los extremos de los resortes de tracción incluyen0

• +iezas roscadas!

• (rgollas de torsión o de cruceta extendidas!

• @anchos u ojales a distintas distancias del cuerpo del resorte! • *jales ampliados o reducidos!

• Extremos rectangulares o en forma de l#grima. 7ig. 4 Resorte de

 racción

AR&METRO$ RINCIALE$ DE UN RE$ORTE

+ara un resorte helicoidal cilíndrico de compresión 8el utilizado en este ensayo:

• &AER* DE E'+BR(' ABLE' 8&:0 &$mero de espiras utilizadas para obtener la <echa m#xima del resorte.

• &AER* *(L DE E'+BR(' 8nt:0 &$mero de espiras $tiles m#s las espiras que forman los extremos 8espiras de apoyo:.

• 'E&BD* DE (RR*LL(BE&*0 'entido en el que gira la espira para un obser%ador situado en uno de los extremos del resorte. El sentido es a la derecha 8RC: si la espira gira! alej#ndose! en el sentido de las agujas del reloj! y a la izquierda 8LC: si la espira gira! alej#ndose! en el sentido contrario al de las agujas del reloj.

• +('* 8p:0 Distancia entre dos espiras $tiles contiguas del resorte en estado libre! medida axialmente entre los centros de las secciones trans%ersales del hilo de material.

• DBER* B&ERB*R 8Di:0 Di#metro de la super;cie cilíndrica en%ol%ente interior del resorte.

• DBER* EERB*R 8De:0 Di#metro de la super;cie cilíndrica en%ol%ente exterior del resorte.

• DBER* EDB* 8D:0 Di#metro medio de las espiras.

DF 8DiGDe:/,

• L*&@B1D DEL CBL* DE (L(HRE 8L:0 Longitud total del hilo de alambre una %ez desarrollada la h"lice.

• L*&@B1D E& E'(D* LBHRE 8L3:0 longitud total que presenta el resorte cuando no

act$a sobre el mismo ninguna fuerza exterior. L3FnpG-!4D

• L*&@B1D ?*& L(' E'+BR(' 1&BD(' 8L?:0 longitud total que presenta el resorte cuando todas las espiras est#n completamente comprimidas.

• 7LE?C( B( 8sc:0 diferencia de longitud que presenta el resorte entre el estado libre y con la carga m#xima. +ara un resorte de compresión! se trata de la diferencia entre la longitud en estado libre y la longitud con las espiras unidas.

'cFL39Lc

• ?(R@( DEL RE'*RE 87cth:0 fuerza ejercida sobre el resorte para poder comprimirlo a la longitud L? con las espiras unidas.

• ?(R@( DEL RE'*RE 87-:0 fuerza ejercida sobre el resorte para poder comprimirlo a una longitud L-! presentando una <echa de %alor '-.

•  ('( DEL RE'*RE! tambi"n denominada constante del resorte 8I:! de;nido como la pendiente de su cur%a fuerza de<exión. En caso de ser la pendiente constante! la tasa puede de;nirse como0

JF7/y

7ig. K Resorte de compresión

 ipos de extremos de resorte de compresión a (mbos extremos simples &DF 

b (mbos extremos cerrados &DF

-c (mbos extremos -cerrados y aplanados &DF, d (mbos extremos simples y aplanados &DF

-rocedi!iento de ens"'o

Los pasos a seguir para realizar el ensayo son los siguientes0

 edir el di#metro exterior! di#metro interior! paso! longitud libre de cada resorte y

contar el n$mero de espiras que tienen.

 'e prepara la m#quina de ensayo uni%ersal! se coloca el primer resorte centrado

en la m#quina.

 +oner el dinamómetro en cero! para la lectura correspondiente de fuerza.

 (plicar la carga e ir increment#ndola de una manera continua y lenta! e ir

midiendo la longitud que se obtiene al comprimir el resorte! tomando M medidas

 Repetir el mismo procedimiento con cada resorte.

C()cu)os M"te!(ticos

Resorte Dext D D L3 + &

- MN.K -K., >M.N ->5.N ,K M

, M6.M ->., >6.N4 -44 ,4.N M

6 4K.6 5.- 6,., --3.- -4.K 5

El %alor de la constante del resorte lo hacemos mediante dos tipos de m"todo! uno experimental y el otro teórico respecti%amente0

 K ₌ P

ɗ   K =

G d4 8 D3 N 

El c#lculo del esfuerzo real y aproximado se toman mediante la siguiente

formula0

RE$ORTE N*+:

E&'()* DE RE'*RE' +#gina 5 N * ,-N# L.,!!# ɗ   ,! !# + , --K 46.4 / 6.4 -35 >4.4 0 4 -34.- >,.K 1 K.4 -3,.- 6N.K 2 5 N5., 64.M 3 N.4 NK.- 66.K 4 -- N,., ,N.M

7ig. M @r#;ca de ?arga 8J&: %s Deformación 8mm:

De la gr#;ca0 mF 93.6N5! entonces JF3.6N5J&/mm

J F

@F,4.>J&/mm

RE$ORTE N*/:

E&'()* DE RE'*RE' +#gina N N * ,-N# L.,!!# ɗ   ,! !# + ,.- --,.- >6.4 / 6.4 -3N.K >-0 4 -3K.> 6M.5 1 K.4 -3-.M 66.-2 5 NM.6 ,5.M 3 N.4 N>.- ,4.4 4 -- 5N.4 ,3.N

7ig. 5 @r#;ca de ?arga 8J&: %s Deformación 8mm:

De la gr#;ca0 mF 93.65M! entonces JF3.65MJ&/mm

J F

G_∗14.24

8_∗43.953_∗5=0.387

@F6,.6,J&/mm

RE$ORTE N*0:

E&'()* DE RE'*RE' +#gina -3 N * ,-N# L.,!!# ɗ   ,! !# + 3.K KM.4 >6.5 / -.- 4N.> 64.M 0 -.K 4,.K ,5.N 1 ,.- >>., ,3.4 2 ,.K 6M.4 -6.5 3 6.- 63 K.6 4 > ,,., -.4

7ig. N @r#;ca de ?arga 8J&: %s Deformación 8mm:

De la gr#;ca0 mF 93.3M43! entonces JF3.3M4J&/mm

J F

@F,M.N,J&/mm

An()isis de es5uer6os:

--RE$ORTE N*+:

RE$ORTE N*/:

RE$ORTE N*0:

E&'()* DE RE'*RE' +#gina -, N * ,-N# L.,!!# ɗ   , !!# T,7N8! !/_# + , --K 46.4 3.3M36, / 6.4 -35 >4.4 3.-,63K 0 4 -34.- >,.K 3.-M4MN 1 K.4 -3,.- 6N.K 3.,,546 2 5 N5., 64.M 3.,5-,M 3 N.4 NK.- 66.K 3.66>3-4 -- N,., ,N.M 3.65KM4 N * ,-N# L.,!!# ɗ   , !!# T,7N8! !/_# + ,.- --,.- >6.4 3.3NNMK / 6.4 -3N.K >- _3.-KK,M 0 4 -3K.> 6M.5 _3.,6M46 1 K.4 -3-.M 66.- _3.635MN 2 5 NM.6 ,5.M _3.65334 3 N.4 N>.- ,4.4 3.>4-6-4 -- 5N.4 ,3.N _3.4,,4M N * ,-N# L.,!!# ɗ   , !!# T,7N8! !/_# + 3.K KM.4 >6.5 3.-35-3 / -.- 4N.> 64.M 3.-N5-5 0 -.K 4,.K ,5.N 3.,55,M 1 ,.- >>., ,3.4 3.6M564 2 ,.K 6M.4 -6.5 3.>K5>6 3 6.- 63 K.6 3.4454, 4 > ,,., -.4 3.M,3KK

Conc)usiones:



'e obtu%o el I de cada resorte! I- F 3.6N5J&/mm! I,F 3.65MJ&/mm!

I6F3.3M4J&/mm.



'e obtu%o el @ de cada resorte! @-F ,4.>J&/mm

! @,F6,.6,J&/mm

!

@6F,M.N,J&/mm

_.



'e determinó el an#lisis de esfuerzos de cada resorte.

Reco!end"ciones:

El plato que sir%e de base al resorte debe guardar paralelismo! por lo cual

se recomienda tener una m#quina en buen estado para no cometer

muchos errores a efecto de esta causa.

&o hay un instrumento de medida adecuada para medir las de<exiones los

cuales generan errores considerables! para ellos se recomienda tener un

instrumento de medida colocado adecuadamente! para poder leer los datos

exactos.

'e debe tener cuidado al medir las dimensiones de cada resorte8longitud!

paso! di#metros! etc.: de lo contrario se cometer#n muchos errores.

9ib)ior"5;":

www.wikipedia.com http://bigmac.mecaest.etsii.upm.es/Site/RM1_files/resortes.pdf  http://www.ibertest.es/product-category/tipo-ensayo/ensayo-de-resortes/ http://es.wikipedia.org/wiki/Resortes% http://es.slideshare.net/ephiroth!""#/ensayo- -#!#1& http://www.youtube.com/watch'()*+,s&n-&

Ane<os:

7ig. -- *perando la m#quina hasta obtener las cargas requeridas

7ig. -, omando medidas de LO E&'()* DE RE'*RE' +#gina -4