Primavera

Un resorte es un cuerpo que puede estirarse si se le aplica cierta fuerza y luego vuelve a su forma natural. Es un objeto de tipo elástico, generalmente de acero , utilizado y optimizado para acumular energía mecánica . En mecánica clásica , el resorte ideal se adopta para el estudio del oscilador armónico .

Historia

Los resortes aparecen alrededor del siglo XV en candados y relojes. Al reemplazar el sistema de pesas que normalmente hacía que los relojes funcionaran, con un mecanismo de resorte, los relojeros pudieron fabricar instrumentos portátiles y confiables. Taqi al-Din hizo un reloj astronómico de primavera en 1559 .

En 1676 el físico inglés Robert Hooke descubrió una relación funcional adecuada para esquematizar la acción del resorte, esto es, que la fuerza ejercida es proporcional a su extensión: " Ut tensio, sic vis " que significa " como es la extensión, así es la fuerza ". Esta relación se conoce con el nombre de Ley de Hooke .

La primavera en el Código de Madrid

En el Códice de Madrid I de Leonardo da Vinci , de finales del siglo XV, se prevé el uso de un resorte como elemento elástico . En el Códice de Madrid, Leonardo diseña y estudia numerosos mecanismos para obtener diferentes tipos de movimiento, a menudo sin un propósito específico y solo para explorar las posibilidades de la ciencia mecánica. Son estudios de máquinas simples, evoluciones o diferentes formas de obtener el desarrollo y transmisión del movimiento. Algunos de estos mecanismos son:

resorte con transmisión helicoidal y motor resorte con engranaje helicoidal - Codex Madrid I, f. 4r
muelle autoblocante - Codex Madrid I, f. 13v
de resorte progresivo - Códice Madrid I, f. 14r
motor de resorte desfasado - Codex Madrid I, f. 16r
motor muelle helicoidal - Codex Madrid I, f. 45r

En la cuarta página del manuscrito encontramos el primer sistema con motor que hace uso del uso de resortes: el motor de resorte con transmisión helicoidal. Este mecanismo supone que un resorte cargado cede su fuerza máxima al principio y, a medida que se descarga, se vuelve más y más débil. Esta fuerza está definida por el valor de rigidez R , expresado como fuerza/espacio. Por lo tanto, el objetivo final es hacer que esta transferencia de energía sea lineal y constante.

El tipo particular de resorte, diseñado por Leonardo para esta aplicación, todavía se usa ampliamente en la actualidad (por ejemplo, en contraventanas, manijas y prensas de taladro) y todavía se le llama "resorte espiral de Arquímedes", ya que se basa en el concepto de Arquímedes.

Descripción

Características

El resorte, dependiendo de sus características de construcción, puede tener un comportamiento diferente, exactamente como se muestra en la imagen. Esto se debe a que, según el uso, las características del resorte deben ser diferentes. En los relojes con resorte o con volante, este debe tener una alta constancia de su fuerza, lo que se obtiene con un resorte espiral, que para la mayor parte de su compresión intermedia tiene una fuerza casi constante [1] .

En otras aplicaciones, como las suspensiones, existe una característica lineal gracias a los resortes helicoidales o de torsión, o progresiva gracias a los resortes helicoidales cónicos o cilíndricos de paso variable (progresivo gradual) o helicoidales cilíndricos de doble paso (multilinealidad progresiva). Estas características, además de ser intrínsecas al resorte, pueden recrearse o modificarse mediante palancas o sistemas especiales. Algunas aplicaciones, por el contrario, requieren una característica decreciente, como el apriete de pernos o el tensado de un rodamiento, por lo que se utilizan cup springs que pueden tener esta característica, además de tener un tamaño reducido [2] [3] , pero puede tener también una característica exponencial, lineal, decreciente-exponencial, decreciente-constante-exponencial o decreciente-regresiva-exponencial dependiendo de su construcción, en particular de su altura y espesor. [4]

Algunos muelles, como es el caso de los muelles ondulados (o Wave Spring), tienen la particularidad de su reducido tamaño: en muchos casos se utilizan para sustituir a los muelles helicoidales. También se aplican para asegurar el sellado en el motor wankel, permitiendo que los segmentos funcionen.

Teoría

La razón física microscópica por la cual el resorte acumula energía potencial es el estiramiento de los enlaces intermoleculares , mientras que su comportamiento macroscópico está definido para muchos materiales por la ley de Hooke , que establece que el alargamiento de un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza de tracción aplicada. Asimismo, la contracción es proporcional a la fuerza de compresión.

Lo anterior es válido dentro del límite de deformación elástica, definido como el límite de la fuerza máxima aplicada, dentro del cual el cuerpo elástico, liberado, vuelve a sus dimensiones anteriores a la aplicación de la fuerza; más allá de este límite, los enlaces atómicos se rompen y se reconfiguran de manera diferente: el resorte, por lo tanto, permanece deformado. En varios materiales este límite no está definido con precisión y se producen fenómenos de deformación con el uso repetido (envejecimiento): en estos casos no se respeta la ley de Hooke.

Materiales

Dependiendo de las aplicaciones, el resorte puede estar hecho de varios materiales:

Material plástico utilizado para esas aplicaciones lúdicas.
Polímeros de material compuesto , como GRP (poliéster reforzado con fibra de vidrio) [5]
Hierro generalmente poco usado en comparación con sus aleaciones
- El acero de alto rendimiento pero resistente requiere un revestimiento para resistir la oxidación.
- El acero inoxidable en comparación con el acero tiene un rendimiento inferior, pero no se oxida.
- 17-7PH o X7CrNiAl , adecuado para resortes planos con una forma compleja [6]
Titanio con prestaciones variables según la aleación, pero con un peso reducido en comparación con el acero
Material de tungsteno con un alto módulo elástico, generalmente se crea una aleación con acero
Material de tantalio de alto módulo elástico, se utiliza para aplicaciones químicas o que implican tratamiento químico, generalmente se une al tungsteno

Notas

^ Revista de relojería: del resorte al volante
^ Resortes de copa
^ El resorte de copa original SCHNORR tipo K para precargar rodamientos de bolas
^ La física de los resortes de diafragma ( PDF ), en haussermann.com . Consultado el 13 de diciembre de 2015 (archivado desde el original el 4 de marzo de 2016) .
^ Audi con muelles de polímero para modelos de gama alta
^ Materiales especiales

Otros proyectos

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Wikimedia Commons contiene imágenes u otros archivos en primavera

Enlaces externos

( ES ) muelle (componente de máquina) / muelle mecánico , en Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Cálculo de los diferentes resortes , en tribology-abc.com .
Cálculo de muelles , en mitcalc.com .
Diseño de muelles helicoidales , en roymech.co.uk . Consultado el 6 de mayo de 2015 (archivado desde el original el 11 de mayo de 2015) .
Cup springs ( PDF ),en ubk.it. Consultado el 20 de enero de 2014 (archivado desde el original el 1 de febrero de 2014) .
Cálculo de muelles de compresión, tracción, torsión y copa , en hexagon.de .
Muelles mecánicos ( PDF ), en docente.unicas.it .
Dimensionamiento de una suspensión ( PDF ), en cm2.mecc.polimi.it . Consultado el 9 de noviembre de 2013 (archivado desde el original el 9 de noviembre de 2013) .
( ES ) Muelles. Cómo se fabrican los productos (obtenido el 8/1/2009)
Instituto de Tecnología Spring , en ist.org.uk.
( EN ) Spring Manufacturers Institute , en smihq.org . Consultado el 17 de septiembre de 2009 (archivado desde el original el 28 de septiembre de 2020) .