Tipos de resortes

Los resortes son componentes mecánicos esenciales que almacenan y liberan energía, lo que proporciona resistencia a la fuerza o al par. Desempeñan un papel crucial en diversas aplicaciones, desde sistemas de suspensión de automóviles hasta productos de consumo. Este artículo explora los diferentes tipos de resortes en función de su aplicación de carga, características de fuerza-desplazamiento y métodos de fabricación.

Clasificación según la forma en que se aplica la carga

Resortes de compresión

Los resortes de compresión son uno de los tipos más comunes de resortes. Están diseñados para resistir fuerzas de compresión aplicadas axialmente, almacenando energía mecánica cuando se comprimen y liberándola cuando se retira la carga. Estos resortes tienen una amplia gama de aplicaciones, incluidos sistemas de suspensión de automóviles, maquinaria industrial y productos de consumo como bolígrafos y trampas para ratones.

Los resortes de compresión suelen estar hechos de alambre redondo enrollado en forma helicoidal, con un diámetro constante en toda su longitud. La elección del material depende de los requisitos específicos de la aplicación, como la capacidad de carga, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la temperatura. Los materiales más comunes incluyen acero para resortes, acero inoxidable y bronce fosforoso.

Resortes de extensión

Los resortes de extensión, también conocidos como resortes de tensión, están diseñados para resistir fuerzas de tracción aplicadas axialmente. Almacenan energía mecánica cuando se estiran y la liberan cuando se retira la carga. Los resortes de extensión se utilizan comúnmente en sistemas de puertas de garaje, equipos agrícolas y equipos de ejercicio.

Los resortes de extensión se fabrican enrollando un alambre en forma helicoidal, con ganchos o bucles formados en cada extremo para su sujeción. La tensión inicial del resorte está determinada por el proceso de fabricación, que implica estirar el resorte hasta una longitud específica antes del tratamiento térmico.

Muelles de torsión

Los resortes de torsión están diseñados para resistir fuerzas de rotación o torsión aplicadas sobre su eje. Almacenan energía mecánica cuando se tuercen y la liberan cuando se elimina la torsión. Los resortes de torsión se utilizan en diversas aplicaciones, incluidas las bisagras de las puertas, los asientos reclinables de los automóviles y las persianas enrollables.

Los resortes de torsión se fabrican generalmente enrollando un alambre rectangular o cuadrado en forma helicoidal, con los extremos formados en formas específicas para su fijación. La elección del material depende de la tasa de resorte requerida, la vida útil por fatiga y las condiciones ambientales. Los materiales más comunes incluyen acero para resortes y acero inoxidable.

Clasificación basada en fuerza y desplazamiento

Resortes lineales

Los resortes lineales exhiben una tasa de resorte constante, lo que significa que la fuerza requerida para comprimir o extender el resorte es directamente proporcional al desplazamiento.

Esta relación lineal está descrita por la ley de Hooke: F = kx,

dónde:

F es la fuerza,

k es la constante del resorte,

x es el desplazamiento.

Los resortes lineales se utilizan en aplicaciones donde se requiere una relación fuerza-desplazamiento constante, como en sistemas de suspensión de automóviles y maquinaria industrial. Por lo general, están hechos de alambre redondo enrollado en forma helicoidal, con un diámetro constante en toda su longitud.

Resortes de velocidad variable

Los resortes de velocidad variable, también conocidos como resortes no lineales, presentan una velocidad de resorte cambiante a medida que se comprimen o se extienden. Esto significa que la fuerza necesaria para comprimir o extender el resorte cambia de manera no lineal con el desplazamiento. Los resortes de velocidad variable se utilizan en aplicaciones donde se requiere un perfil específico de fuerza-desplazamiento, como en resortes de válvulas de automóviles y sistemas de suspensión de vehículos todoterreno.

Los resortes de velocidad variable se pueden diseñar variando el diámetro de la bobina, el paso o el diámetro del alambre a lo largo de la longitud del resorte. Los resortes cónicos y los resortes en forma de barril son ejemplos de resortes de velocidad variable, en los que el diámetro de la bobina cambia a lo largo de la longitud del resorte.

Resortes de fuerza constante

Los resortes de fuerza constante están diseñados para proporcionar una fuerza constante en un rango específico de movimiento. Están hechos de una tira de material pretensado, generalmente acero inoxidable, que se enrolla en forma de espiral. A medida que el resorte se extiende, el material se desenrolla de la bobina, manteniendo una fuerza constante en todo su rango de movimiento.

Los resortes de fuerza constante se utilizan en aplicaciones donde se requiere una fuerza constante, como en mecanismos de contrapeso, cierrapuertas y dispositivos tensores. Ofrecen ventajas como tamaño compacto, larga vida útil y rendimiento constante en todo su rango de movimiento.

Clasificación por método de fabricación

Muelles helicoidales

Los resortes helicoidales son el tipo de resorte más común y se fabrican enrollando un alambre en forma helicoidal. Pueden diseñarse como resortes de compresión, extensión o torsión, según los requisitos de la aplicación. Los resortes helicoidales se fabrican utilizando varios métodos, incluidos el bobinado en caliente, el bobinado en frío y el bobinado CNC.

La elección del método de fabricación depende de factores como el material del resorte, el diámetro del alambre y el volumen de producción. El bobinado en caliente se utiliza normalmente para diámetros de alambre más grandes y materiales de alta resistencia, mientras que el bobinado en frío se utiliza para diámetros de alambre más pequeños y materiales de menor resistencia. El bobinado CNC ofrece alta precisión y flexibilidad, lo que permite la producción de geometrías de resortes complejas.

Resortes planos

Los resortes planos están hechos de tiras planas de material, generalmente acero para resortes o acero inoxidable, que adoptan diversas formas, como resortes de láminas, arandelas Belleville y resortes ondulados. Están diseñados para brindar resistencia a las fuerzas de flexión o compresión, según la configuración específica.

Las ballestas se utilizan habitualmente en los sistemas de suspensión de automóviles, en particular en vehículos pesados, para soportar el peso del vehículo y absorber los impactos. Consisten en varias capas de acero para resortes curvados, conocidas como hojas, apiladas entre sí y conectadas en los extremos mediante grilletes de resorte.

Las arandelas Belleville, también conocidas como resortes de disco, son arandelas de forma cónica que brindan resistencia a las cargas axiales. Se pueden apilar en serie o en paralelo para lograr las características de carga-deflexión deseadas, lo que las hace adecuadas para aplicaciones con espacio limitado y requisitos de carga elevados.

Los resortes ondulados se fabrican formando un alambre plano en forma ondulada, lo que proporciona resistencia a las cargas axiales y ocupa un espacio mínimo. Se utilizan en aplicaciones donde se requieren cargas elevadas y pequeñas deflexiones, como en equipos industriales y aeroespaciales.

Muelles de disco

Los resortes de disco, también conocidos como resortes Belleville, son arandelas de forma cónica que brindan resistencia a las cargas axiales. Se fabrican estampando o forjando un disco circular plano con un ángulo de cono y diámetros internos y externos específicos. Los resortes de disco se pueden apilar en serie o en paralelo para lograr las características de deflexión de carga deseadas.

Los resortes de disco ofrecen varias ventajas sobre los resortes helicoidales tradicionales, entre ellas, una gran capacidad de carga, una pequeña deflexión y un tamaño compacto. Se utilizan en diversas aplicaciones, como en maquinaria pesada, embragues de automóviles y válvulas, donde las cargas elevadas y el espacio limitado son factores críticos.

Muelles mecanizados

Los resortes mecanizados son resortes diseñados a medida que se fabrican mediante procesos de mecanizado CNC, como fresado, torneado y rectificado. Por lo general, están hechos de barras o tubos sólidos de material, como acero para resortes, acero inoxidable o titanio, y pueden diseñarse para cumplir con requisitos específicos de carga y deflexión.

Los resortes mecanizados ofrecen varias ventajas sobre los métodos tradicionales de fabricación de resortes, entre ellas, alta precisión, geometrías complejas y la capacidad de incorporar características como orificios de montaje y roscas. Se utilizan en aplicaciones especializadas, como la industria aeroespacial, los dispositivos médicos y los equipos industriales de alto rendimiento.

Muelles moldeados

Los resortes moldeados se fabrican inyectando un material polimérico, como poliuretano o nailon, en una cavidad de molde con la forma de la geometría deseada del resorte. Ofrecen propiedades únicas en comparación con los resortes metálicos, como alta resistencia a la corrosión, bajo peso y la capacidad de amortiguar las vibraciones.

Los resortes moldeados se utilizan en diversas aplicaciones, como bujes de suspensión de automóviles, aisladores de vibraciones industriales y dispositivos médicos. La elección del material polimérico depende de factores como la capacidad de carga, la resistencia a la temperatura y la compatibilidad química con el entorno operativo.

Resortes de gas

Los resortes de gas son un tipo de resorte que utiliza gas comprimido, generalmente nitrógeno, para brindar resistencia a las fuerzas de compresión. Consisten en un cilindro sellado que contiene un pistón y gas comprimido, que ejerce una fuerza sobre el pistón cuando se comprime el resorte.

Los resortes de gas ofrecen varias ventajas sobre los resortes mecánicos, entre ellas, una salida de fuerza ajustable, un tamaño compacto y la capacidad de proporcionar amortiguación. Se utilizan en diversas aplicaciones, como en soportes de elevación de capós y baúles de automóviles, mecanismos de ajuste de altura de sillas de oficina y maquinaria industrial.

Resortes de aire

Los resortes neumáticos, también conocidos como muelles de aire, utilizan aire comprimido para proporcionar resistencia a las fuerzas de compresión. Consisten en un fuelle o diafragma flexible lleno de aire comprimido, que se expande y se contrae a medida que el resorte se carga y se descarga.

Los resortes neumáticos ofrecen varias ventajas sobre los resortes mecánicos, entre ellas, rigidez ajustable, capacidad de nivelación de carga y aislamiento de vibraciones. Se utilizan en diversas aplicaciones, como en sistemas de suspensión neumática para automóviles, soportes de aislamiento de vibraciones industriales y equipos agrícolas.

Ballestas

Las ballestas son un tipo de resorte plano que se utiliza comúnmente en los sistemas de suspensión de automóviles, en particular en vehículos pesados. Consisten en varias capas de acero para resortes curvados, conocidas como hojas, apiladas entre sí y conectadas en los extremos mediante grilletes de resorte.

Las ballestas están diseñadas para soportar el peso del vehículo y absorber los impactos, lo que ayuda a mejorar la comodidad y el manejo. Pueden configurarse de varias maneras, como semielípticas, de cuarto de elípticas o en voladizo, según los requisitos específicos de la aplicación.

La elección del diseño de las ballestas depende de factores como la capacidad de carga, la distribución del peso del vehículo y el espacio disponible. Las ballestas son conocidas por su durabilidad, capacidad de carga y capacidad para proporcionar estabilidad lateral, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de servicio pesado, como camiones comerciales y vehículos todoterreno.

Resortes helicoidales

Los resortes helicoidales son un tipo de resorte helicoidal que se fabrica enrollando un alambre en forma helicoidal, con un diámetro constante o variable. Pueden diseñarse como resortes de compresión, extensión o torsión, según los requisitos de la aplicación.

Principios básicos de los resortes

Los resortes son dispositivos mecánicos que almacenan y liberan energía basándose en los principios de elasticidad y la ley de Hooke. Cuando se aplica una fuerza a un resorte, este se deforma, almacenando energía potencial en forma de energía de deformación. Cuando se retira la fuerza, el resorte vuelve a su forma original, liberando la energía almacenada.

La relación entre la fuerza aplicada y la deformación resultante se describe mediante la ley de Hooke, F = kx, donde F es la fuerza, k es la constante elástica y x es la deformación. La constante elástica, también conocida como tasa elástica, determina la rigidez del resorte y depende de factores como las propiedades del material, el área de la sección transversal y la longitud del resorte.

Los resortes están diseñados para funcionar dentro de su límite elástico, donde la deformación es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Si la fuerza excede el límite elástico, el resorte puede sufrir una deformación permanente o fallar, lo que compromete su rendimiento y seguridad.

La capacidad de almacenamiento de energía de un resorte está determinada por su geometría, las propiedades del material y la carga aplicada. El almacenamiento máximo de energía se produce cuando el resorte se comprime o se extiende hasta su altura sólida o extensión máxima, respectivamente.