Rendimiento

Tensión de operación

La compresión de un resorte ondulado genera tensiones flexivas similares a las de una onda simple en flexión. Dichas tensiones por compresión y tracción limitan el grado en que puede comprimirse un resorte antes de que se deforme permanentemente. Aunque en ocasiones la deformación permanente de un resorte no resulta aceptable, con frecuencia los requisitos de carga y deflexión implican que el diseño dé por supuesto un cierto grado de deformación permanente o «relajación» con el paso del tiempo.

Tensión de diseño máxima

Aplicaciones estáticas: Smalley aplica la resistencia a la tracción mínima especificada en sus tablas de resortes estándar para estimar el límite de elasticidad derivado del alargamiento mínimo del alambre plano endurecido con el que se fabrican los productos de la empresa. A la hora de diseñar resortes para aplicaciones estáticas, Smalley recomienda que la tensión de operación calculada no sea superior al 100 % de la resistencia a la tracción mínima. No obstante, en determinadas aplicaciones, la tensión de operación puede ser superior a la resistencia a la tracción mínima mediante la introducción de tolerancias en el límite de elasticidad. Entre los factores típicos a considerar se incluyen la deformación permanente, la relajación, la pérdida de carga y/o la pérdida de altura libre.

Aplicaciones dinámicas: a la hora de diseñar resortes ondulados para aplicaciones dinámicas, Smalley recomienda que el cálculo de tensión de operación calculada no supere el 80 % de la resistencia a la tracción mínima.

Tensión residual y predeformación

La capacidad de carga y/o la fatiga de un resorte pueden incrementarse comprimiéndolo más allá de su punto de elasticidad o «predeformación». Los resortes predeformados se fabrican con una carga y una altura libre superiores a las necesarias para, posteriormente, comprimirse hasta una condición sólida. Una vez hecho esto, tanto la altura libre como la carga se reducen, y las superficies del material pasan a mostrar tensiones residuales que mejoran el rendimiento del resorte.

Fatiga

El ciclo de fatiga constituye una consideración importante en el diseño de resortes ondulados, ya que determinar de forma precisa el grado de deflexión final puede afectar en gran medida a su precio. Por tanto, en el análisis previo debe tenerse en cuenta si el resorte se deflexiona en su recorrido completo o en solo unas milésimas por ciclo, o si su ciclo de fatiga consiste en una combinación de estas dos premisas como consecuencia del desgaste de los componentes o las variaciones de temperatura.

Fórmula:

Nomenclatura

σ = Resistencia a la tracción del material
S1 = Altura de operación calculada a una tensión de operación inferior
S2 = Altura de operación calculada a una tensión de operación superior

Puede utilizar las calculadoras de las páginas de los resortes con extremidades separadas o superpuestas de una vuelta, los resortes Spirawave (Crest‑to‑Crest [cresta a cresta]) de múltiples vueltas y los  resortes Spirawave anidados para determinar de forma rápida las tensiones operativas y los ciclos de vida aproximados.

Carga/Deflexión

Comparación entre la capacidad real y la capacidad teórica (calculada) que proporciona los límites prácticos del rango operativo del resorte. La capacidad de resorte (P/f) puede calcularse manipulando las ecuaciones de deflexión. Normalmente, la capacidad teórica es precisa hasta que el resorte comienza a tocar fondo o alcanzar su «altura sólida».

Por norma general, la capacidad de resorte calculada es lineal durante el primer tramo del 80 % de deflexión disponible y mientras mantiene una altura de operación de hasta dos veces su altura sólida. Si bien el resorte puede operarse más allá de su rango «lineal», en dichas condiciones sus cargas medidas serán muy superiores a las calculadas.

Puede obtener más información acerca de los resortes con extremidades separadas o superpuestas de una vuelta, los resortes Spirawave (Crest‑to‑Crest [cresta a cresta]) de múltiples vueltasy los resortes Spirawave anidados en sus respectivas páginas.

Histéresis

Los resortes ondulados ejercen una fuerza mayor al ser sometidos a carga y una fuerza menor al ser liberados de ella, un fenómeno que se conoce con el nombre de histéresis. El área sombreada muestra una representación gráfica entre las curvas.

En los resortes de una vuelta, la fricción derivada de los movimientos circunferenciales y radiales es la principal causa de este efecto. Los resortes Crest-to-Crest (cresta a cresta) y anidados también contribuyen a la pérdida friccional debido a que sus capas adyacentes rozan entre sí. No obstante, este fenómeno puede minimizarse aplicando una lubricación suficiente.

Expansión del diámetro

Solo aplicable a resortes Spirawave Crest-to-Crest (cresta a cresta): los resortes Spirawave de múltiples vueltas amplían su diámetro al comprimirse. La siguiente fórmula se utiliza para predecir el diámetro máximo en condiciones de compresión total.

Fórmula:

Nomenclatura

OD_M  = Diámetro externo en condición solida (in)
R = Radio de onda (in) = (4Y² + X²)/8Y
N = Número de ondas
θ = Ángulo = ArcSin[X/(2R)] (grados)
b = Pared radial (in)
X = Frecuencia de media onda = (πD_M)/(2N)
Y = Promedio de media altura libre = (H-t)/2
Donde H = Altura libre por vuelta (in)

Resortes lineales

Los resortes lineales de Smalley consisten en tramos rectos de alambre con una forma de onda continua (ondulada) fabricados a partir de materiales templados, que actúan como dispositivos de soporte de carga con aproximadamente las mismas características de carga/deflexión que un resorte ondulado.

Dependiendo de la posición de instalación, las fuerzas actúan sobre el plano axial o radial. La presión axial se obtiene colocando el expansor en posición plana sobre una línea recta. La envoltura circular del expansor (por ejemplo, alrededor de un pistón) genera una fuerza radial o una presión hacia el exterior.