El resorte de metal adecuadoElegir el muelle metálico adecuado para la aplicación deseada no siempre es fácil. En muchos libros técnicos con fundamentos constructivos, el tema de los muelles se trata de forma muy general.

Si busca un muelle estándar, encontrará una amplia gama de muelles en nuestro programa de existencias con 12.600 tamaños en acero dulce y acero inoxidable. Si no es así, a continuación hemos recopilado los parámetros más importantes para seleccionar el muelle metálico adecuado.

Para empezar, una breve descripción de los diferentes tipos de plumas:

Druckfedern

Losmuelles de compresión son, con mucho, los más utilizados. Esto no sólo se debe a la dirección de la aplicación de la fuerza, sino principalmente a las mejores características de carga del muelle de compresión. Esto se debe a que los resortes de compresión son más capaces de manejar fuerzas mayores y, para aplicaciones de fatiga, cambios de carga por encima de107. Además de la gran selección de materiales para las distintas aplicaciones, la variedad de usos del muelle de compresión puede ampliarse fácilmente con una amplia gama de tratamientos superficiales. Debido a los datos de rendimiento del muelle de compresión, en algunos casos incluso tiene más sentido convertir una aplicación de muelle de tracción en un muelle de compresión.

Zugfedern

Losmuelles de tracción son los segundos más utilizados. Siempre que la fuerza deba aplicarse por tracción en lugar de por compresión, no se puede evitar el muelle de tracción. En particular, el diseño especial con los ojales en ambos lados plantea algunos riesgos que deben tenerse en cuenta en el diseño del muelle de tracción. También hay que tener en cuenta el hecho de que el muelle de tracción pierde completamente su fuerza de resorte en caso de rotura del mismo. Con la elección del material, la variedad de aplicaciones del muelle de tracción está ya ampliamente agotada, ya que las bobinas adyacentes hacen que la aplicación de un tratamiento superficial sólo sea posible con un mayor esfuerzo.

Schenkelfedern

Losmuelles de torsión se utilizan para los movimientos de rotación, es decir, allí donde se producen esfuerzos de flexión. No hay diseños especiales para los muelles de torsión, es decir, el cuerpo de un muelle de torsión es siempre cilíndrico con una característica de muelle lineal. En el caso de los resortes para piernas, se trata más bien de la forma individual de la pierna, que tiene una forma óptima para introducir la fuerza del movimiento de rotación. Al igual que en el caso del muelle de extensión, también es difícil aplicar otras propiedades al muelle de torsión mediante un tratamiento superficial posterior debido a las bobinas adyacentes.

Determinación de la curva característica del muelle

Características del resorte
Características del resorte

Básicamente, los muelles metálicos se juzgan según su curva característica. La característica del muelle es el carácter de los muelles metálicos. Representa la relación entre la fuerza del muelle «F» y el recorrido del muelle «s». Dependiendo del tipo de muelle, del diseño del muelle, de la distancia entre espiras y del sistema de muelle, se pueden generar características de muelle lineales, progresivas, degresivas o combinadas. En el caso de una característica lineal del muelle (Fig. b: muelle cilíndrico), la fuerza se suministra uniformemente, en el caso de una característica progresiva (Fig. a: muelle cónico), el desarrollo de la fuerza aumenta con el aumento de la carga y en el caso de una característica degresiva (Fig. c: muelle de disco), el desarrollo de la fuerza disminuye con la carga.

Figura d: Curva característica del muelle combinado
Figura d: Curva característica del muelle combinado

En el caso de la curva característica combinada de los muelles (Fig. d: curva característica 5), los diferentes estados de fuerza se mapean a lo largo de la curva característica de los muelles. Esta característica combinada del muelle puede generarse con la ayuda de sistemas de muelle.

Requisitos del muelle metálico

Una vez decidido el carácter del muelle metálico con la curva característica del muelle o la curva de fuerza, hay que aclarar y especificar los siguientes requisitos para el diseño óptimo del muelle metálico:

  1. Tipo de carga y vida útil
  • Carga estática o cuasiestática con una carga temporalmente constante (estática) o temporalmente variable con menos de 10.000 ciclos de carga en total o tensión de carrera de hasta 0,1 x resistencia de carrera continua.
  • Carga dinámica con una carga variable en el tiempo con más de 10.000 ciclos de carga en total y esfuerzos de elevación superiores a 0,1 x la fuerza de elevación continua. En este proceso, el muelle metálico se suele instalar pretensado y se somete a una carga periódica de hinchamiento con una curva sinusoidal, que se produce aleatoriamente, como en el caso de las suspensiones de los coches, por ejemplo. Esto también puede provocar cambios bruscos de fuerzas. Para las cargas dinámicas, son adecuados principalmente los muelles de compresión y, ocasionalmente, los muelles de tracción con extremos atornillados.
  1. Temperatura de funcionamiento
Proceso de relajación gráfica
Proceso de relajación

La temperatura de funcionamiento influye de forma decisiva en la selección del material adecuado. Por esta razón, hay aceros para muelles preferidos para aplicaciones de baja temperatura y de alta temperatura. Especialmente en las aplicaciones de alta temperatura, hay que tener en cuenta la relajación del material del muelle al diseñar las fuerzas. En caso de tensión permanente y de temperaturas más elevadas, se produce una pérdida de fuerza que aumenta con el aumento de la temperatura y la duración de la carga.

  1. Medio ambiente

¿En qué entorno se utiliza el muelle metálico? ¿El muelle tiene que ser resistente a la corrosión o a los ácidos agresivos? ¿Se utiliza en la industria alimentaria o tiene que ser médicamente pura? Todas estas cuestiones influyen en la elección del alambre de acero para muelles y en un posible tratamiento superficial final.

  1. Fuerzas y flexiones de muelles requeridas

Fuerza del muelle precargado F1 en s1 o L1

Fuerza del muelle tensado F2 en s2 o L2

¿Qué fuerzas de resorte debe generar el muelle metálico en determinadas carreras de resorte? En la mayoría de los casos, los muelles se instalan pretensados, es decir, el muelle ya genera una determinada fuerza de pretensión en reposo. Esta fuerza se describe como fuerza de muelle precargada «F1». Para ello, hay que nombrar la fuerza requerida del muelle, que debe alcanzar el muelle en estado tensado. Esta fuerza del muelle se describe como «F2» fuerza del muelle tensado. Además de estas dos fuerzas del muelle, hay que determinar las respectivas deflexiones del muelle «s1» y «s2» o las longitudes del muelle «L1» y «L2». Especialmente con cargas dinámicas, es importante la carrera del muelle «sh», que describe el recorrido del muelle entre «s1» y «s2», o entre «L1» y «L2». Cuanto menor sea la carrera del muelle, mejor será la capacidad de carga dinámica del muelle metálico.

Diagrama de vibración dinámica del resorte de compresión

  1. Espacio de instalación existente

¿Cuáles son las dimensiones del espacio de instalación en el que se va a utilizar el muelle? ¿Qué diámetro y qué longitud puede o debe tener el muelle metálico para poder instalarlo? Estas dimensiones constructivas son un requisito previo para el diseño de los muelles adecuados. También hay que tener en cuenta los valores de tolerancia de las dimensiones respectivas en estado de reposo y de carga.

  1. Situación de la instalación
Resortes de acero con lazo de histéresis
Bucle de histéresis

Para ello, hay que comprobar la situación de la instalación, en función del muelle de compresión, de tracción o de torsión. Si, por ejemplo, el muelle de compresión está guiado por un mandril o dentro de un manguito, la fricción durante el trabajo del muelle debe tenerse en cuenta en un bucle de histéresis. Si el muelle de compresión se instala sin guía, hay que tener en cuenta los diferentes límites de pandeo de los distintos cojinetes de los extremos del muelle. En cambio, con los muelles de extensión es importante la posición en la que se enganchan los ojales. Por lo tanto, la aplicación óptima de la fuerza para los resortes de extensión está centrada en ambos ojales a lo largo del eje longitudinal del resorte. Muy a menudo, los ojales también se colocan en el lateral. Esto debe tenerse en cuenta en el diseño del muelle. Y con el muelle de pata, la forma de la pata y la dirección de bobinado deben adaptarse a la situación de la instalación. Además, es importante que los muelles de torsión sólo se carguen en la dirección de la bobina.

Rodamientos para muelles

  1. Campo de tolerancia

Por último, hay que tener en cuenta la zona de tolerancia del tipo de muelle correspondiente. Esto se debe a que cada muelle metálico se fabrica dentro de un determinado rango de tolerancia durante la producción, de modo que el muelle se produce de forma óptima para la aplicación. Esta zona de tolerancia se muestra para los muelles metálicos de los grados 1, 2 y 3. Normalmente, los muelles metálicos se fabrican en el grado 2, que corresponde a un campo de tolerancia de hasta el diez por ciento, especialmente para las dimensiones más pequeñas de los muelles. El campo de tolerancia es menor para el grado 1, con mayores costes de fabricación, y mayor para el grado 3, con menores costes de fabricación.

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Los parámetros más importantes del muelle de un vistazo

En resumen, todos los parámetros importantes del muelle para una óptima selección y diseño del muelle metálico:

Tipo de muelle

► Muelle de compresión – Muelle de tracciónMuelle de torsiónSistema de muelles

Característica de primavera

lineal – progresivo – degresivo – combinado

Tipo de carga y vida útil

estático – dinámico

De por vida

Cambio de carga total (golpes de muelle)

Temperatura de funcionamiento

Temperatura ambiente en la que se utiliza el muelle

Medio ambiente

Líquidos, gases … en el que se inserta el muelle

Fuerzas de los muelles en determinadas carreras o longitudes de muelles

► Fuerza del muelle precargado = F1 en s1 o L1

► Fuerza del muelle tensado = F2 en s2 o L2

F1 fuerza de muelle precargada en N

s1 Recorrido del muelle precargado o L1 Longitud del muelle precargado

F2 fuerza del muelle tensado en N

s2 recorrido del muelle tensado o L2 longitud del muelle tensado

Espacio de instalación existente

► Longitud y anchura del espacio de instalación

► Longitud del muelle entre los puntos de aplicación de la fuerza

Situación de la instalación

para muelles de compresión

► Guiado por mandril y/o manguito

Sin guía, observe el límite de pandeo del cojinete del extremo del muelle

para resortes de tensión

Aplicación de la fuerza centralizada o descentralizada

► Posición de los ojetes (ángulo de torsión de los ojetes entre sí) y posición de los ojetes (céntrica/lateral)

para muelles de torsión

Forma de la pierna para una óptima absorción de la fuerza

Dirección de bobinado de la carga

Los muelles metálicos con característica de muelle lineal, en los materiales de muelle acero normal EN 10270-1 y acero inoxidable EN 10270-3-1.4310, se pueden encontrar en 12.600 tamaños de muelle en el catálogo de muelles de Gutekunst. Para todas las aplicaciones de muelles no lineales, basta con enviar los parámetros del muelle requerido a order@gutekunst-co.com o utilizar el formulario de consulta de Gutekunst.

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