Los resortes helicoidales

Los resortes helicoidales son la aplicación más común de los resortes dentro de los deportes de motor. Por la razón y algo más de información sobre muelles helicoidales, asegúrese de consultar nuestro artículo «muelles helicoidales».

Hay dos formas principales de calcular la tasa de resorte. Uno es a través de cálculos basados en mirar y medir el resorte. La otra es por medición práctica. La medición práctica es la forma más precisa cuando se realiza con el equipo correcto. Ambas formas se muestran a continuación.

La ruta de cálculo

El siguiente diagrama muestra un muelle helicoidal junto con los siguientes parámetros importantes que se requieren para calcular la velocidad del muelle.

Los parámetros importantes son:

• L = Longitud Libre del resorte Sin Carga (m)
• G = Módulo de Corte de Rigidez del Material
• d = Diámetro del alambre (m)
• D = Diámetro medio (m)
• N = Número de bobinas activas (una bobina activa barre un círculo completo)

Donde:

• La longitud libre es la distancia desde la cara superior del resorte hasta la cara inferior del resorte cuando no hay carga sobre él.
• El módulo de rigidez de corte se basa en el tipo de material del que está hecho el resorte. El valor se puede encontrar en la siguiente tabla. Todo lo que necesita saber es de qué material está hecho su resorte. Si no está seguro, el material más común se resalta en negrita en la tabla.

Material	Shear Modulus of Rigidity (G)
ANSI 1095 Spring Steel	79,300,000,000 Pa
Cold Rolled Steel	75,000,000,000 Pa
Stainless Steel	77,200,000,000 Pa

• Wire diameter is el grosor del metal de la bobina que se mide con mayor precisión con pinzas vernier
• El diámetro medio se muestra en el diagrama y es la distancia entre los centros del muelle helicoidal. La forma más fácil de alcanzar este número es con la siguiente ecuación
  • Diámetro medio = Diámetro total del resorte – Diámetro del alambre
• El número de bobinas activas todavía tiene incertidumbre en la industria de cómo aplicar un número preciso para un tipo de resorte. El siguiente diagrama muestra 4 estilos comunes que tiene un muelle helicoidal en sus extremos.

• • Cerrado de Extremos
  • Cerrado y la Tierra Termina
  • Llano Extremos de la Tierra
  • Llanura Termina

El estándar de la industria ahora es que, una primavera con laterales cerrados o cerrados y suelo extremos tiene una inactivo de la bobina en cada extremo, lo que significa que dos bobinas tienen que ser sacados de la cantidad total de bobinas para el «número de espiras activas» parámetro.

Sin embargo, se considera que los resortes con extremos lisos no tienen bobinas inactivas, por lo que cada bobina individual cuenta para el parámetro «número de bobinas activas».

Finalmente, se considera que los resortes con extremos planos rectificados tienen media bobina inactiva en cada extremo, lo que significa que se elimina un total de 1 bobina para el parámetro «número de bobinas activas».

Es muy importante entender cómo se terminan sus resortes, ya que el parámetro número de bobinas activas puede tener una gran influencia en la tasa de resortes calculada.

La ecuación

Con sus mediciones completas, es hora de calcular la rigidez de su muelle helicoidal con la ecuación que se muestra a continuación.

por lo Tanto:

Usando las figuras de ejemplo de:

• G = 79.3 GPa
• d = 10.3 mm
• N = 6
• D = 68.5 mm

El Método práctico

Si tiene acceso a algún equipo de prueba de carga, el método práctico es la opción más precisa para calcular su tarifa de resorte. Una máquina como la Tinnius-Olsen que se muestra a continuación es el equipo ideal para esta prueba. Si tiene acceso a uno o algo similar, inserte el resorte en la máquina y comprímalo 10 mm. Registre la fuerza necesaria para comprimirlo en este punto. Luego comprima el resorte en etapas de 10 mm, registrando la fuerza requerida en cada punto. Si el resorte comienza a sobrecargarse hacia el final de la prueba, no siga comprimiendo, ya que podría dañar el resorte.

Con todos sus resultados en un formato similar al siguiente ejemplo, convierta todas sus lecturas milimétricas en metros. Luego divida la fuerza requerida por la distancia movida en cada caso. Si todas las respuestas a este aspecto son similares, entonces tiene un resorte de tasa constante. Ahora puede sumar todas las respuestas y dividirlas por el número de resultados para obtener la lectura promedio que es su tasa de primavera.

Si las respuestas se hacen progresivamente más pequeñas o más grandes en una cantidad notable, entonces tiene un resorte de tasa progresiva. Si este es el caso para usted, lo mejor sería trazar un gráfico de sus resultados n tasa de resorte de trazado de excel contra mm de compresión. Esta será una información muy importante a tener en cuenta al aplicar la precarga a su muelle. Además, si sabe cuánto baja su automóvil cuando está sentado sobre sus ruedas, puede calcular la tasa de resorte estático de sus resortes a la altura de la conducción para referencia futura.

Muelles helicoidales

Calcular la tasa de resorte para un muelle helicoidal es mucho más complejo que para un muelle helicoidal. Esto se debe al número de variables que se pueden aplicar a los resortes foliares, como el grosor, la anchura y la forma cónica de las hojas, las variaciones de restricción de los extremos o la carga que se aplica fuera del centro, etc. Por lo tanto, la forma más precisa de medir la rigidez del resorte de la hoja es prácticamente. Sin embargo, para una respuesta cercana también puede usar la ruta de cálculo donde se deben hacer algunas aproximaciones.

La ruta de cálculo

Hay dos tipos principales de resorte de hoja dentro de las aplicaciones automotrices. Son «parabólicas de una sola hoja»y» resorte de hoja laminado». Este último es más común en aplicaciones modernas. Las imágenes de abajo muestran los diferentes tipos.

de una Sola Hoja Parabólico

Laminado de la Hoja de la Primavera

Dos ecuaciones se aplican para ballestas. Una de ellas es la fórmula de tensión de flexión para garantizar que la carga máxima no sobrecargue el material. La otra es la rigidez del resorte. Esta es la cifra que es importante para cálculos posteriores. Las ecuaciones de una sola hoja parabólico de la primavera son:

:

Donde:

• L = La mitad de la longitud total del muelle foliar más largo (m)
• F = Fuerza aplicada en cada punto de montaje del chasis (normalmente la mitad de la carga aplicada en el punto del eje) (m)
• b = Anchura del muelle foliar en el punto central (m)
• t = Profundidad vertical del muelle foliar en el punto central donde se monta en el eje (m)
• E = Módulo de Youngs para el material (Pa) (ver tabla a continuación)
• X = Desplazamiento vertical del resorte (m)

Las ecuaciones para un resorte de hoja laminado varían ligeramente y son:

Y:

Donde:

• L = La mitad de la longitud total del resorte foliar más largo (m)
• F = Fuerza aplicada en cada punto de montaje al chasis (generalmente la mitad de la carga aplicada en el punto del eje) (m)
• b = Anchura del resorte foliar en el punto central (m)
• n = número de hojas apiladas
• n’ = número de hojas directamente en los extremos del resorte
• t = Profundidad vertical del resorte foliar en el punto se monta en el eje (m)
• E = módulo Youngs para el material (Pa) (ver tabla a continuación)
• X = Desplazamiento de resorte verticalmente (m)

Tabla de módulo Youngs para Common Materials

Material	Youngs Modulus (E)
ANSI 1095 Spring Steel	207,000,000,000 Pa
Cold Rolled Steel	186,000,000,000 Pa
Mild Steel	210,000,000,000 Pa

The Practical Route

La ruta más precisa para medir la rigidez de sus resortes foliares es probarlos prácticamente si tiene el equipo de aplicación de carga correcto. Para probar la carga, es necesario desconectar el eje del resorte y alejarlo directamente de debajo del resorte. A continuación, es necesario aplicar una carga utilizando un dispositivo que medirá la cantidad de carga que se aplica en Newtons de fuerza. El resorte de hoja debe desviarse en pasos de incrementos de 10 mm con la fuerza requerida para mover el resorte que se registra. Para cada paso, la fuerza se puede dividir por el desplazamiento para obtener la velocidad del resorte utilizando la siguiente ecuación. Si los números tienen una gran variación y aumentan cada vez que se ha utilizado la siguiente ecuación, entonces el resorte tiene una velocidad progresiva y se debe trazar un gráfico en excel para mostrar qué velocidad está presente en cada punto de desplazamiento, ya que esto será más preciso que usar una ecuación.

Donde:

• F = Fuerza aplicada (N)
• x = Cantidad de desplazamiento (m)

Cómo convertir Métrica a Imperial

Si prefiere tener sus tasas de resorte en términos de libras y pulgadas, puede usar la siguiente ecuación de conversión para cambiar el resultado de newtons por metro a libras por pulgada.

Asimismo, si desea convertir libras por pulgada en newtons por metro, ingrese el valor de libras por pulgada donde dice el ejemplo a continuación y produciré la respuesta de newtons por metro.

¿Cómo Agregar las Tasas de Primavera para Múltiples Resortes

Hay dos configuraciones de múltiples manantiales que vienen en. Uno es muelles en serie y el otro es muelles en paralelo. Se puede considerar que un automóvil tiene resortes en paralelo porque si se mira el eje delantero de un automóvil, cada rueda es su propio resorte que actúa en la parte delantera del vehículo, lo que hace que un total de dos resortes funcionen uno al lado del otro. Esto los hace paralelos.

Resortes en serie

A continuación se muestran algunos ejemplos de cuándo se puede considerar un resorte en serie.

Cuando se colocan dos resortes o más uno encima del otro, la tasa combinada de resortes siempre es menor que la del resorte más suave. Esto se debe a que ha agregado aún más bobinas al resorte más suave (N), lo que reduce la tasa general de resorte. La tasa de resorte para cada resorte individual debe conocerse primero antes de que se pueda usar la siguiente ecuación para calcular la tasa de resorte total de los resortes en serie. Si se usan dos resortes en serie, se puede usar la siguiente ecuación:

Donde:

• K total = Tasa de resorte combinada
• K1 = tasa de resorte inferior
• K2 = Tasa de resorte superior

Si hay más de dos resortes en serie, el siguiente resorte puede seguir agregándose a la ecuación para todos los resortes; por ejemplo, en el caso de 4 resortes apilados una encima de la otra, la ecuación sería como la siguiente:

Resortes en paralelo

Los resortes en paralelo también se pueden lograr de algunas maneras. Las imágenes a continuación muestran algunos ejemplos de cuándo los resortes se pueden considerar en paralelo.

Springs se dice que están en paralelo cuando tienen siempre a una carga. La tasa compuesta de resortes paralelos es mucho más fácil de calcular que los resortes en serie, ya que las tasas de resortes simplemente se suman. La siguiente ecuación se puede usar para calcular la tasa de resorte efectiva general de los resortes paralelos:

Y así sucesivamente.

Antes del lanzamiento de la parte 2 la próxima semana, lea también «Cómo ajustar y ajustar las barras antivuelco» para obtener información sobre cómo calcular las tasas de resorte de las barras antivuelco.