Ensayo de Resortes
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
Ensayo de Resortes Objetivos: Estudiar la respuesta que ofrece un resorte cilíndrico helicoidal de sección circular solicitado por carga axial. Determinar experimentalmente la constante de rigidez. Estudiar la Distribución de esfuerzos.
Introducción: Los resortes de compresión helicoidales son usados para resistir la aplicación de fuerzas de compresión o almacenar energía en forma de empuje. ienen muchas formas y son usadas para distintas aplicaciones! como en la industria automotriz! aeroespaciales! aparatos dom"sticos! etc. La forma m#s com$n en resortes a compresión es la cilíndrica! pero tambi"n se fabrican otras formas como los resortes cónicos y de la forma de barril. La sección del alambre m#s com$n es el alambre redondo pero tambi"n se fabrica con sección cuadrada y rectangular. Los resortes de compresión pueden ser de paso uniforme o %ariable seg$n las necesidades de la aplicación que se requiera.
E&'()* DE RE'*RE'
+#gina ,
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
rocedi!iento: -. ateriales y/o Equipo0 1n 2ernier! sensibilidad de 3!34mm y -/-,5 pulg. #quina de ensayo uni%ersal 6 Resortes Dinamómetro Regla milimetrada • • • • •
7ig. - Resorte uni%ersal
7ig. , Dinamómetro
7ig. 6 #quina
Fund"!ento teórico Los resortes son componentes mec#nicos que se caracterizan por absorber deformaciones considerables bajo la acción de una fuerza exterior! %ol%iendo a recuperar su forma inicial cuando cesa la acción de la misma! es decir! presentan una gran elasticidad! siendo utilizados con gran frecuencia en los mecanismos para asegurar el contacto entre dos piezas! acelerar mo%imientos que necesitan gran rapidez! limitar los efectos de choques y %ibraciones! etc.
E&'()* DE RE'*RE'
+#gina 6
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
+ara su fabricación se emplean aceros de gran elasticidad 8acero al carbono! acero al silicio! acero al cromo9%anadio! acero al cromo9silicio! etc.:! aunque para algunas aplicaciones especiales pueden utilizarse el cobre endurecido y el latón. 'e clasi;can seg$n0 •
La forma del resorte0 helicoidal cilíndrico! helicoidal cónico! en espiral! laminar. El tipo de carga que soportan0 de compresión! de tracción! de torsión! de
"# RE$ORTE$ DE COMRE$I%N 1n resorte de comprensión es aquel que teniendo espacio libre entre espiras ofrece resistencia a un esfuerzo perpendicular al eje que lo soporta! que como se puede deducir por el nombre asignado! es de compresión. Estos resortes son de cuerpo cilíndrico helicoidal abierto! y por lo general enrollado con di#metro constante. *tras formas incluyen el reloj de arena! cono y barril. El alambre redondo es el material m#s com$nmente usado para la fabricación de los resortes de compresión! ya que es el m#s adaptable al herramental de enrollado est#ndar. &o obstante! tambi"n puede usarse alambre cuadrado! rectangular o de sección especial cuando así exige el dise=o.
7ig. > Resorte de ?ompresión E&'()* DE RE'*RE'
+#gina >
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
b# RE$ORTE$ DE TRACCI%N ( diferencia de los anteriores! estos resortes se cargan a tensión 8tracción:. (dem#s sus extremos presentan una serie de formas peculiares 8com$nmente en forma de ganchos: siendo dise=ados para absorber y acumular energía! mediante la creación de resistencia a la fuerza que los tensiona. En un resorte de tracción! todas las espiras son acti%as! y la tensión inicial es lo que mantiene las espiras ;rmemente apretadas. Los extremos de los resortes de tracción incluyen0 •
+iezas roscadas!
•
(rgollas de torsión o de cruceta extendidas!
•
@anchos u ojales a distintas distancias del cuerpo del resorte!
•
*jales ampliados o reducidos!
•
Extremos rectangulares o en forma de l#grima. racción
7ig. 4 Resorte de
AR&METRO$ RINCIALE$ DE UN RE$ORTE +ara un resorte helicoidal cilíndrico de compresión 8el utilizado en este ensayo: •
•
•
•
•
•
•
&AER* DE E'+BR(' ABLE' 8&:0 &$mero de espiras utilizadas para obtener la
E&'()* DE RE'*RE'
+#gina 4
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
DF 8DiGDe:/, •
•
L*&@B1D DEL CBL* DE (L(HRE 8L:0 Longitud total del hilo de alambre una %ez desarrollada la h"lice. L*&@B1D E& E'(D* LBHRE 8L3:0 longitud total que presenta el resorte cuando no act$a sobre el mismo ninguna fuerza exterior. L3FnpG-!4D
•
•
L*&@B1D ?*& L(' E'+BR(' 1&BD(' 8L?:0 longitud total que presenta el resorte cuando todas las espiras est#n completamente comprimidas. 7LE?C( B( 8sc:0 diferencia de longitud que presenta el resorte entre el estado libre y con la carga m#xima. +ara un resorte de compresión! se trata de la diferencia entre la longitud en estado libre y la longitud con las espiras unidas. 'cFL39Lc
•
?(R@( DEL RE'*RE 87cth:0 fuerza ejercida sobre el resorte para poder
•
comprimirlo a la longitud L? con las espiras unidas. ?(R@( DEL RE'*RE 87-:0 fuerza ejercida sobre el resorte para poder comprimirlo
•
a una longitud L-! presentando una
7ig. K Resorte de compresión E&'()* DE RE'*RE'
+#gina K
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
ipos de extremos de resorte de compresión a (mbos extremos simples &DF b (mbos extremos cerrados &DF c (mbos extremos cerrados y aplanados &DF, d (mbos extremos simples y aplanados &DF -
rocedi!iento de ens"'o Los pasos a seguir para realizar el ensayo son los siguientes0
edir el di#metro exterior! di#metro interior! paso! longitud libre de cada resorte y contar el n$mero de espiras que tienen.
'e prepara la m#quina de ensayo uni%ersal! se coloca el primer resorte centrado en la m#quina.
+oner el dinamómetro en cero! para la lectura correspondiente de fuerza.
(plicar la carga e ir increment#ndola de una manera continua y lenta! e ir midiendo la longitud que se obtiene al comprimir el resorte! tomando M medidas
Repetir el mismo procedimiento con cada resorte.
C()cu)os M"te!(ticos E&'()* DE RE'*RE'
+#gina M
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
Resorte
Dext
D
D
L3
+
&
-
MN.K
-K.,
>M.N
->5.N
,K
M
,
M6.M
->.,
>6.N4
-44
,4.N
M
6
4K.6
5.-
6,.,
--3.-
-4.K
5
El %alor de la constante del resorte lo hacemos mediante dos tipos de m"todo! uno experimental y el otro teórico respecti%amente0 K =
P
K =
ɗ
Gd
4
3
8 D N
El c#lculo del esfuerzo real y aproximado se toman mediante la siguiente formula0
RE$ORTE N*+:
E&'()* DE RE'*RE'
N *
,-N#
+ / 0 1 2 3 4
, 6.4 4 K.4 5 N.4 --
+#gina 5
L.,!!# --K -35 -34.-3,.N5., NK.N,.,
ɗ
,!
!# 46.4 >4.4 >,.K 6N.K 64.M 66.K ,N.M
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
7ig. M @r#;ca de ?arga 8J&: %s Deformación 8mm:
De la gr#;ca0 mF 93.6N5! entonces JF3.6N5J&/mm JF
G∗16.2
P
ɗ
=
8∗ 47.9
4
3
∗5
= 0.398
@F,4.>J&/mm,
RE$ORTE N*/:
E&'()* DE RE'*RE'
N *
,-N#
+ / 0 1 2 3 4
,.6.4 4 K.4 5 N.4 --
+#gina N
L.,!!# --,.-3N.K -3K.> -3-.M NM.6 N>.5N.4
ɗ
,!
!# >6.4 >6M.5 66.,5.M ,4.4 ,3.N
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
7ig. 5 @r#;ca de ?arga 8J&: %s Deformación 8mm:
De la gr#;ca0 mF 93.65M! entonces JF3.65MJ&/mm JF
P
ɗ
=
G∗14.2
4
3
8∗ 43.95 ∗5
= 0.387
@F6,.6,J&/mm,
RE$ORTE N*0:
E&'()* DE RE'*RE'
N *
,-N#
+ / 0 1 2 3 4
3.K -.-.K ,.,.K 6.> +#gina -3
L.,!!# KM.4 4N.> 4,.K >>., 6M.4 63 ,,.,
ɗ
,!
!# >6.5 64.M ,5.N ,3.4 -6.5 K.6 -.4
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
7ig. N @r#;ca de ?arga 8J&: %s Deformación 8mm:
De la gr#;ca0 mF 93.3M43! entonces JF3.3M4J&/mm JF
P
ɗ
=
G∗8.1
8∗32.2
3
4
∗6
=0.075
@F,M.N,J&/mm,
An()isis de es5uer6os: T =
16 P 3∗ π ∗ d
2
+
8 PD
π ∗d
3
E&'()* DE RE'*RE'
+#gina --
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
RE$ORTE N*+: N *
,-N#
L.,!!#
ɗ
, 6.4 4 K.4 5 N.4 --
--K -35 -34.-3,.N5., NK.N,.,
!!# 46.4 >4.4 >,.K 6N.K 64.M 66.K ,N.M
+ / 0 1 2 3 4
N *
,-N#
L.,!!#
ɗ
+ / 0 1 2 3 4
,.6.4 4 K.4 5 N.4 --
--,.-3N.K -3K.> -3-.M NM.6 N>.5N.4
!!# >6.4 >6M.5 66.,5.M ,4.4 ,3.N
N *
,-N#
L.,!!#
ɗ
+ / 0 1 2 3 4
3.K -.-.K ,.,.K 6.>
KM.4 4N.> 4,.K >>., 6M.4 63 ,,.,
!!# >6.5 64.M ,5.N ,3.4 -6.5 K.6 -.4
,
T,7N8! !/# 3.3M36, 3.-,63K 3.-M4MN 3.,,546 3.,5-,M 3.66>33.65KM4
RE$ORTE N*/: ,
T,7N8! !/# 3.3NNMK 3.-KK,M 3.,6M46 3.635MN 3.65334 3.>4-63.4,,4M
RE$ORTE N*0:
E&'()* DE RE'*RE'
+#gina -,
,
T,7N8! !/# 3.-35-3 3.-N5-5 3.,55,M 3.6M564 3.>K5>6 3.4454, 3.M,3KK
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
Conc)usiones:
'e obtu%o el I de cada resorte! I- F 3.6N5J&/mm! I,F 3.65MJ&/mm!
I6F3.3M4J&/mm. 'e obtu%o el @ de cada resorte! @-F ,4.>J&/mm,! @,F6,.6,J&/mm,!
@6F,M.N,J&/mm,. 'e determinó el an#lisis de esfuerzos de cada resorte.
Reco!end"ciones: El plato que sir%e de base al resorte debe guardar paralelismo! por lo cual se recomienda tener una m#quina en buen estado para no cometer muchos errores a efecto de esta causa. &o hay un instrumento de medida adecuada para medir las de
9ib)ior"5;":
E&'()* DE RE'*RE'
+#gina -6
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
www.wikipedia.com http://bigmac.mecaest.etsii.upm.es/Site/RM1_files/resortes.pdf http://www.ibertest.es/product-category/tipo-ensayo/ensayo-de-resortes/ http://es.wikipedia.org/wiki/Resortes% http://es.slideshare.net/ephiroth!""#/ensayo- -#!#1& http://www.youtube.com/watch'()*+,s&n-&
Ane
7ig. -3 ?olocando el primer resorte en la m#quina de ensayos
E&'()* DE RE'*RE'
+#gina ->
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
7ig. -- *perando la m#quina hasta obtener las cargas requeridas
7ig. -, omando medidas de LO E&'()* DE RE'*RE'
+#gina -4
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ENERGIA
E&'()* DE RE'*RE'
+#gina -K