A continuación se muestra el resumen de los conceptos básicos sobre Diseño de primavera de Resortes de compresión , Resortes de tensión y Resortes para piernas .
Los resortes técnicos siguen siendo uno de los elementos de las máquinas más importantes en la actualidad y se utilizan con éxito en vehículos, dispositivos mecánicos o electrotécnicos de precisión, dispositivos médicos, electrodomésticos y mucho más. La función de todo el dispositivo o parte de la máquina depende a menudo del funcionamiento sin problemas del resorte metálico.
Los resortes metálicos son elementos que se deforman deliberadamente bajo carga y vuelven a su forma original cuando se retira la carga. La energía suministrada está en Trabajo de primavera (W) convertido y liberado de nuevo en un momento posterior (almacenamiento de energía). Sin embargo, los resortes metálicos solo realizan de manera confiable esta deformación y absorción de energía dentro de los límites diseñados para este propósito. Por lo tanto es el correcto Diseño de primavera y Cálculo de primavera un componente importante para el perfecto funcionamiento del resorte metálico.
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La curva característica del muelle
Los resortes metálicos o resortes técnicos se fabrican de acuerdo con su Característica de primavera juzgado. Esta característica de resorte representa la dependencia de la Fuerza de la primavera (F) representa el (los) recorrido (s) del resorte. Porque dependiendo de la característica de resorte que se requiera (lineal, progresiva, degresiva o combinada), la forma y el tipo de resorte también cambian.
Con el Tasa de primavera (R) la característica del resorte se determina en el diagrama del resorte. La tasa de resorte (R) es, por lo tanto, un valor importante al diseñar el resorte para el resorte correcto. A característica de resorte lineal la tasa de resorte es constante. Los resortes con una característica de resorte curvo tienen una tasa de resorte variable. Por tanto, las siguientes fórmulas se aplican a una característica lineal:
para resortes de compresión y tracción
R=\frac{F2-F1}{s2-s1}para piernas y resortes de torsión
R_{M}=\frac{M2-M1}{\alpha2-\alpha1}
El trabajo de primavera
Cuando se tensa el resorte de metal, se realiza el trabajo, que luego se libera nuevamente cuando se libera la tensión. El trabajo del resorte (W) siempre resulta como el área debajo de la característica del resorte. Con una característica de resorte lineal, se aplica lo siguiente:
para resortes de compresión y tracción
W=\frac{1}{2}F\cdot spara piernas y resortes de torsión
W=\frac{1}{2}M\cdot \alphaAl calcular el valor de utilidad del volumen, se pueden determinar diferentes tipos de resortes usando la relación de trabajo de resorte (W) y espacio de instalación (V) comparar entre sí:
\eta_{A}=\frac{W}{V}
La histéresis
El comportamiento de la suspensión puede verse afectado por la fricción externa. Estas fuerzas de fricción dificultan la recuperación del resorte. En el caso de cargas alternas, esto se expresa en forma de Bucle de histéresis . Parte del trabajo del resorte se convierte en calor por la fricción y luego se «pierde». Dado que esto no es deseable cuando se usan resortes, cualquier fricción debe diseñarse por arreglo y Forma de plumas ser evitado.
La relajación
Por ejemplo, si se usa un resorte de compresión temperatura más alta se comprime a una cierta longitud entre placas paralelas, se puede determinar que el Fuerza de la primavera disminuye gradualmente con el tiempo. Esta pérdida de fuerza aumenta con el aumento de temperatura y tensión.
Relajación del material es una deformación plástica que se manifiesta como una pérdida de fuerza con una longitud de instalación constante. Esto se da como un porcentaje de la fuerza de salida F1:
Relajación=\frac{\Delta F\cdot 100}{F1}El siguiente diagrama muestra el curso básico de la relajación y la velocidad de relajación:
Los valores de relajación después de 48 horas se consideran valores característicos, aunque la relajación aún no está completamente completa en este momento. Los diagramas de relajación dependientes del material se pueden encontrar en EN 13906-1. Estos solo deben ser incluidos por el diseñador si se imponen altas exigencias a la constancia de la fuerza del resorte. La relajación en diferentes estados de temperatura se utiliza en el cálculo en Programa de cálculo de primavera WinFSB de Gutekunst Federn, disponible en www.federnshop.com , mostrado con.
La elección correcta del material del muelle
Los muelles metálicos deben fabricarse con un material de muelle adecuado y diseñarse y conformarse de modo que vuelvan a su forma original después de retirar una carga aplicada. Esta propiedad se expresa en la módulo de elasticidad y en el módulo deslizante. Estas Parámetros de material expresar la relación entre tensión y alargamiento y debe tener el mayor valor posible.
Además, los materiales de resorte deben:
- altos límites de elasticidad, es decir, una amplia gama puramente elástica,
- las tensiones correspondientes también en temperaturas elevadas soportar sin mayor pérdida de fuerza (relajación baja),
- tener una alta resistencia a la fatiga (estructura de grano fino, libre de impurezas),
- tener suficiente deformabilidad,
- tener una superficie lo más resbaladiza posible,
- soportar ciertos requisitos de protección contra la corrosión,
- ser eléctricamente conductivo o no magnético.
Elasticidad y módulos de deslizamiento de diversos materiales para muelles
| Material de primavera | Módulo de elasticidad [N/mm²] | Módulo G [N/mm²] |
| Alambre de acero estirado para muelles patentado según EN 10270-1 | 206000 | 81500 |
| Alambre de resorte de válvula templado en aceite según EN 10270-2 | 206000 | 81500 |
| Acero laminado en caliente según EN10089 | 206000 | 78500 |
| Banda laminada en frío según EN 10132 | 206000 | 78500 |
| X10 CrNi 18 8 (1,4310) | 185000 | 70000 |
| X7 CrNiAl 17 7 (1.4568) | 195000 | 73000 |
| X5 CrNiMo 17-12-2 (1.4401) | 180000 | 68000 |
| CuSn6 R950 según EN 12166 | 115000 | 42000 |
| CuZn36 R700 según EN 12166 | 110000 | 39000 |
| CuBe2 según EN 12166 | 120000 | 47000 |
| CuNi18Zn20 según EN 12166 | 135000 | 45000 |
| CuCo2Be según EN 12166 | 130000 | 48000 |
| Inconel X750 | 213000 | 76000 |
| Nimonic 90 | 213000 | 83000 |
| Hastelloy C4 | 210000 | 76000 |
| Aleación de titanio TiAl6V4 | 104000 | 39000 |
Influencia de la temperatura de trabajo en la elección del material del muelle
Comportamiento a temperaturas de trabajo elevadas
El nivel de la temperatura de trabajo puede influir significativamente en la función de un resorte, ya que la tendencia a la relajación aumenta al aumentar la temperatura. Después de evaluar los diagramas de relajación, se pueden establecer las siguientes temperaturas límite para los materiales de resorte más importantes.
Limite las temperaturas de los materiales de resorte con una relajación mínima.
| Material de primavera | Temperatura máxima de trabajo en ° C a | |
| carga alta | carga baja | |
| Alambre de acero estirado para muelles patentado según EN 10270-1 | 60-80 | 80-150 |
| Alambre de resorte de válvula templado en aceite según EN 10270-2 | 80-160 | 120-160 |
| X10CrNi 18,8 (1,4310) | 160 | 250 |
| X7CrNiAl 17,7 (1,4568) | 200 | 350 |
| X5CrNiMo 17-12-2 (1.4401) | 160 | 300 |
| CuSn6 | 80 | 100 |
| CuZn36 | 40 | 60 |
| CuBe2 | 80 | 120 |
| CuNi18Zn20 | 80 | 120 |
| Inconel X750 | 475 | 550 |
| Nimonic90 | 500 | 500 |
Además, tome lo importante para la función de resorte. Propiedades materiales módulo de elasticidad y el módulo de cizallamiento disminuye al aumentar la temperatura. Tanto el módulo de cizallamiento como el módulo de elasticidad se determinan a una temperatura más alta utilizando la siguiente fórmula, con los parámetros del material a temperatura ambiente (20 ° C) como base.
G_{t}=G_{20}=\frac{3620-T}{3600}o.
E_{t}=E_{20}=\frac{3620-T}{3600}
Esto permite al diseñador determinar las fuerzas reales del resorte a la temperatura de funcionamiento esperada.
Comportamiento a bajas temperaturas de funcionamiento
Cuando se usa en sistemas de enfriamiento, en el espacio o cuando hace mucho frío en invierno, hay que soportar temperaturas de hasta -200 ° C. A pesar de levantarse resistencia a la tracción las bajas temperaturas tienen un efecto desfavorable, ya que la tenacidad de los materiales disminuye y pueden producirse fracturas frágiles. Los aceros para resortes inoxidables, así como las aleaciones de cobre y níquel, son preferibles a los alambres para resortes y alambres para resortes de válvula patentados cuando se usan a bajas temperaturas. La siguiente tabla muestra las temperaturas límite.
Recomendaciones de uso a bajas temperaturas
| Material de primavera | Temperatura mínima de trabajo en ° C |
| Alambre de acero estirado para muelles patentado según EN 10270-1 | -60 |
| Alambre de resorte de válvula templado en aceite según EN 10270-2 | -60 |
| X10CrNi 18,8 (1,4310) | -200 |
| X7CrNiAl 17,7 (1,4568) | -200 |
| X5CrNiMo 17-12-2 (1.4401) | -200 |
| CuSn6 | -200 |
| CuZn36 | -200 |
| CuBe2 | -200 |
| CuNi18Zn20 | -200 |
| Inconel X750 | -100 |
| Nimonic90 | -100 |
Uso de sistemas de resortes
Por razones estructurales, también es posible utilizar varios resortes para absorber fuerzas y movimientos. Simple Sistemas de resortes son Paralelo – y Conexiones en serie .
un) Coneccion paralela
Los resortes están dispuestos de tal manera que la carga externa (F) se divide proporcionalmente entre los resortes individuales, pero el recorrido de los resortes individuales es el mismo. Entonces resulta:
s=s1=s2=s3=... (recorrido total de la suspensión) F=F1+F2+F3+... (fuerza total del muelle) R=R1+R2+R3+... (índice de elasticidad total)La tasa de resorte del sistema general de una conexión en paralelo es siempre mayor que la tasa de resorte de los resortes individuales
segundo) Conexión en serie
Los resortes están dispuestos uno detrás del otro, de modo que la misma fuerza actúa sobre cada resorte, pero el recorrido del resorte se divide entre los resortes individuales. Resulta:
s=s1+s2+s3+... (recorrido total de la suspensión) F=F1=F2=F3=... (fuerza total del muelle) R=\frac{1}{\frac{1}{R1}+\frac{1}{R2}+\frac{1}{R3}+...} (Tasa de resorte total)La tasa de resorte del sistema general de una conexión en serie es siempre menor que la tasa de resorte de los resortes individuales
C) Circuito mixto
Varios resortes están conectados en paralelo y uno detrás del otro. Debido al equilibrio, R1 = R2 y R3 = R4 deben ser. En el caso que se muestra, se aplica lo siguiente:
R=\frac{1}{\frac{1}{R1+R2}+\frac{1}{R3+R4}+...} (Tasa de resorte total)¡La tasa de resorte del sistema general del circuito de mezcla que se muestra se encuentra entre la tasa de resorte más pequeña y más grande de los resortes individuales!
En la segunda parte de la serie de información « Diseño de resortes metálicos – Parte 2 «Cálculo «le proporcionamos los parámetros de cálculo para el Verificación de función y fuerza la Resortes de compresión , Resortes de tensión y Resortes para piernas Al frente.
Si necesitas un diseño de muelle personalizado, sólo tienes que enviarnos por correo electrónico los datos clave del muelle metálico que necesitas a service@federnshop.com, ponerte en contacto con nuestro departamento técnico por teléfono en el (+49) 035877 227-11 o utilizar el programa de cálculo de muelles Gutekunst WinFSB en www.federnshop.com para calcular gratuitamente muelles de compresión, tracción y torsión.
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