2012
ENSAYO DE RESORTES MECANICOS I.- INTRODUCCION El ensayo a tracción y compresión de los resortes helicoidales es la forma básica de obtener información sobre el comportamiento Mecánico de los materiales. Mediante una máquina de ensayos se deforma una muestra o probeta del material a estudiar, aplicando la fuerza uniaxialmente en el sentido del eje de la muestra. A medida que se va deformando la muestra, se va registrando la fuerza (carga). Así pues, el resultado inmediato es una curva de carga frente a alargamiento, que transformados en tensión y deformación, en función de la geometría de la probeta ensayada, aportan una información más general.
Los resortes helicoidales son elementos de máquinas que poseen la propiedad de experimentar grandes deformaciones (tal vez por excelencia), dentro del período elástico, por la acción de las cargas que los solicitan, construidos con materiales de alta elasticidad (típicamente acero).
El ensayo de compresión de un alambre nos permite verificar como se comporta un acero al aplicarle una fuerza, de tal manera que se verifiquen las propiedades mecánicas, del material específicamente la elasticidad; este ensayo da lugar a la relación en la deformación ocasionada en un cuerpo elástico y la fuerza aplicada para producir la deformación.
II.- OBJETIVOS.
Estudiar los esfuerzos a los que están sometidos los resortes
Estudiar las deflexiones que experimentan los resortes al aplicarles una carga de compresión.
III.- MARCO TEORICO RESORTES Es un dispositivo diseñado para almacenar energía al ser desformado y regresar a la cantidad de energía al ser liberado de la fuerza que lo desforma La fuerza puede ser de empuje o tracción lineal, o puede ser radical actuando en forma similar a la liga alrededor de un rollo de planos. El troqué se puede utilizar para generar un giro o rotación Ejemplo: cerrar la puerta de un gabinete, pivota sobre una bisagra.
TIPOS DE RESORTES Los resortes se clasifican conforme al sentido y a la naturaleza de la fuerza que ejercen. Distintos tipos de resortes clasificados como de empuje, tracción, radial y torsión por su forma también los resortes se clasifican como resortes Helicoidales, o como resortes planos o muelles los resortes Helicoidales pueden ser cilíndricos o Cónicos pero generalmente son cilíndricos.
Para nuestro ensayo utilizaremos el resorte helicoidal.
IV.- EQUIPO E INSTRUMENTOS. Para la realización se cuenta con:
-
Maquina Universal de pruebas Mecánicas. (TecQuipment Ltd modelo TQ SM100K) con una capacidad de 10ton, hidráulica, presión 720kgf/cm2, distancia máxima de recorrido 27.5cm, diámetro de los platos 15cm y diámetro máxima de la mordaza 5/8pulg.
-
Regla metálica, marca Stianless, de 30cm y 12pulg.
-
Medidor digital de carga, TecQuipment Ltd, máxima lectura 13ton
-
2 resortes Helicoidales una para tracción y una para compresión
-
1 calibrador (vernier)
V.- EXPERIENCIA. Se realizara la toma de medidas a los resortes antes de comenzar con el ensayo, luego se procederá a realizar el ensayo, se llenara los datos de la carga y deflexiones respectivas, usando para esto la maquina universal de pruebas mecánicas, el medidor de carga digital y el vernier.
VI.- MODELO DE CÁLCULO. Para realizar los cálculos de la experiencia se utilizo las formulas siguientes: G=modulo de elasticidad por corte. P=paso o espaciamiento. d=diámetro de la interior de la bobina. D= diámetro medio de la bobina ( D EXT d ) D
C=índice del resorte = Desplazamiento
d
axial del extremo libre del resorte.
0
Si:
< 12
y C>5, se realiza solo el cálculo por torsión por la formula:
8 PD 3
d
En caso de gran curvatura de la espira (C<5,
O
< 12 ) la influencia de la curvatura y
de las fuerzas se consideran mediante el coeficiente de wahl ( K W
(C 0,25 ) (C 1)
K W (
8 PD 3
d
K W
).
0,615 C
)
Calculo de los esfuerzos en un resorte a compresión o tracción en forma aproximada.
8 PD
3
d
4 P 2
d
El cálculo del
K REAL
P
( P 2
P 1)
( 2
)1
o
En caso de un resorte de un paso pequeño ( < 12 , C<5) el desplazamiento se puede calcular con suficiente exactitud, considerando solamente a la torsión por la formula:
teor
8 PD 3 N Gd
, puesto que
4
*Cálculo del error para la constante k: K teo K W
%error= (
k teo
) x100
*cálculo del error del desplazamiento. %error= (
teo W teo
) x100
K TEO
P G
Gd
4
8 D3 N
VII.- RESULTADOS. Datos obtenidos Lo=121.75 N=6 Dm=55mm P=18mm
RESORTE N0 1 (Resorte Pequeño) N°
P(KN)
L1(mm)
L2(mm)
L(mm)
S(mm)
K(teórico)(KN/m)
1
0.5
108.1
108.5
108.3
13.45
37.174
2
1
97.5
97.0
97.25
24.5
40.816
3
1.5
87.1
87.9
87.5
34.25
43.795
4
2
75.3
77.5
75.4
46.35
43.149
5
2.5
64.6
64.3
64.45
57.3
43.630
S=Lo-L Lo=121.75 K TEO
Hallando el
P S
Gd
4
8 D 3 N =41.7128(KN/m)
De la gráfica Carga vs Deformación (P vs S) notamos que Kreal es 45.6 aprox entonces el error de K seria: %error= (
K teo
K real
k teo
) x100
9.318%
RESORTE N0 2 (Resorte Mediano) Lo=154.25mm Dm=60.2 N=5 P=40.42
N°
P(KN)
L1(mm)
L2(mm)
L(mm)
S(mm)
K(teórico)(KN/m)
1
2
151.8
151.7
151.75
2.5
800
2
4
141.8
142.8
142.3
11.95
334.72
3
6
136.1
136.4
136.25
18
333.33
4
8
130.4
131.05
130.725
23.525
340.06
5
10
124.65
125.45
125.05
29.2
342.46
6
12
119.15
120.0
119.575
34.675
346.07
7
14
113.5
114.35
113.925
40.325
347.17
8
16
108.0
108.0
108
46.25
345.94
Hallando el K TEO
P S
Gd
4
8 D 3 N
=398.7975(KN/m)
De la gráfica Carga vs Deformación (P vs S) notamos que Kreal es 331(KN/m) aprox entonces el error de K seria: %error= (
K teo
K real
k teo
) x100
17%
RESORTE N0 3 (Resorte Grande) Lo=148.8 N=5 Dm=63.27mm P=25.5mm
N°
P(KN)
L1(mm)
L2(mm)
L(mm)
S(mm)
K(teórico)(KN/m)
1
3
145.1
143.3
144.2
4.6
652.17
2
5
138.3
139.4
138.85
9.95
502.51
3
7
134.3
134.7
134.5
14.3
489.51
4
9
130.6
130.6
130.6
18.2
494.5
5
11
126.7
126.6
126.65
22.15
496.61
6
13
122.9
122.6
122.75
26.05
499.04
S=Lo-L Lo=148.8 Hallando el K TEO
P S
Gd
4
8 D 3 N
=522.39(KN/m)
De la gráfica Carga vs Deformación (P vs S) notamos que Kreal es 472(KN/m) aprox entonces el error de K seria: %error= (
K teo
K real
k teo
) x100
9.646%
IX.- CONCLUSIONES.
De los datos obtenidos en el laboratorio en los 3 ensayos con los diferentes resortes (grande, mediano y pequeño) notamos que en la primera toma de datos el K teórico tiene un valor demasiado grande al valor promedio que se obtiene en los demás valores para carga y deformación donde se hace menos variable.
Podemos comprobar que la deformación del resorte con respecto a la carga aplicada es casi constante lo que quiere decir que el valor para K real o experimental tiene un valor determinado por el material del resorte respectivo.
se puede ver que mediante los datos obtenidos en el ensayo de resortes por compresión en ambos se puede calcular el valor de la constante del resorte por medio de la grafica fuerza vs desplazamiento.
X.- APLICACIONES.
El resorte helicoidal de compresión, como parte de los automotores, sustenta las carrocería y carga de los mismos transmitiendo la carga total a los ejes (puntas de eje) y o árboles (palieres) de ruedas.
El resorte helicoidal de compresión es utilizado también en los motores alternativos de combustión interna y en los compresores alternativos de gases, como elemento asegurador del cierre de las válvulas de admisión y Escape.
XI.- BIBLIOGRAFIA
“Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales”. Callister, W.D.
Ed. Reverté S.A., Barcelona, Tecnología de los oficios metalúrgicos, Leyensetter
Metalistería Arte y ciencia del trabajo con los metales, Jon L Feirer
Separatas de laboratorio
