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 .

Federarbeit Grafik - Gutekunst FedernLos 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.

 

La característica de la primavera

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.

Características del resorte - Gutekunst Federn
Características del resorte a) progresivo de un resorte de compresión cónico, b) resorte de compresión lineal a cilíndrico, degresivo a columna de resorte de disco

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<wpml_curved wpml_value='F2-F1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='s2-s1'></wpml_curved>

para piernas y resortes de torsión

R_<wpml_curved wpml_value='M'></wpml_curved>=\frac<wpml_curved wpml_value='M2-M1'></wpml_curved>{\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<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='2'></wpml_curved>F\cdot s

para muelles de torsión

W=\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='2'></wpml_curved>M\cdot \alpha

Al 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_<wpml_curved wpml_value='A'></wpml_curved>=\frac<wpml_curved wpml_value='W'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='V'></wpml_curved>

 

La histéresis

Federarbeit bei Reibung | Gutekunst Federn

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.

Resortes de acero con lazo de histéresis
Bucle de histéresis de fricción

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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:

Relaxation=\frac{\Delta F\cdot 100}<wpml_curved wpml_value='F1'></wpml_curved>

El siguiente diagrama muestra el curso básico de la relajación y la velocidad de relajación:

Gráficos de relajación - Gutekunst Federn
Evolución temporal de la relajación y la velocidad de relajación en resortes helicoidales de compresión

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

Resortes de metal debe provenir de un adecuado material fabricados y diseñados y diseñados para que recuperen su forma original después de la eliminación de 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.

Módulos de elasticidad y deslizamiento de diversos materiales.

material 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 al seleccionar el material

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 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_<wpml_curved wpml_value='t'></wpml_curved>=G_<wpml_curved wpml_value='20'></wpml_curved>=\frac<wpml_curved wpml_value='3620-T'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='3600'></wpml_curved>

o.

E_<wpml_curved wpml_value='t'></wpml_curved>=E_<wpml_curved wpml_value='20'></wpml_curved>=\frac<wpml_curved wpml_value='3620-T'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='3600'></wpml_curved>

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 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 .

Gráficos de sistemas de muelles - Gutekunst Federn
Sistemas de resortes a) conexión en paralelo, b) conexión en serie, c) Circuito de mezcla

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 de resorte total)

R=R1+R2+R3=... (Tasa de resorte 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 de resorte total)

R=\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved>{\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='R1'></wpml_curved>+\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='R2'></wpml_curved>+\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='R3'></wpml_curved>+...}  (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<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved>{\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved>{R1+R2}+\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved>{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.

¿Deberías necesitar uno? diseño de resorte individual envíenos un correo electrónico con los datos clave del muelle metálico que necesita technik@gutekunst-co.com , comuníquese con nuestro departamento de tecnología por teléfono al (+49) 035 877 227-11 o use en www.federnshop.com la Programa de cálculo de muelles Gutekunst WinFSB para el cálculo gratuito de resortes de compresión, resortes de tensión y resortes de torsión.

Información Adicional:

Diseño de resortes metálicos – Parte 1 «Conceptos básicos»
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