"INTRODUCCIÓN El comportamiento dinámico de los resortes helicoidales cilíndricos@ que comprenden tanto resortes de tensión/compresión como de torsión@ es extremadamente difícil de calcular ya que su forma geométrica es una curva en un espacio tridimensional. Para que los cálculos sean manejables@ se requieren modelos matemáticos simples pero representativos El más simple de estos modelos es la varilla elástica recta, la llamada "varilla equivalente", que claramente debe tener las mismas propiedades elásticas que el resorte helicoidal que representa. Es bastante sorprendente, pero afortunado, que el uso de este modelo tan simple El modelo matemático debería producir resultados tan razonables @ ciertamente lo suficientemente precisos para la mayoría de los propósitos prácticos. El primer elemento de datos de esta serie sobre resortes @ No. 06024 @ define las suposiciones y limitaciones que se aplican al procedimiento de cálculo para estimar las características dinámicas de los resortes @ juntos con las condiciones de carga prescritas que se supone se aplican al resorte. El artículo también proporciona la derivación de las tensiones de deformación @ y la carga transversal en el resorte y el diseño de forma de los extremos del resorte que afectarán las características de carga. Se analiza la estabilidad elástica de los resortes de compresión y torsión y se dan fórmulas para garantizar la estabilidad. El segundo elemento de datos @ No. 08015 @ amplía el alcance del elemento anterior @ que presenta las características de vibración de los resortes helicoidales cilíndricos. El artículo analiza la vibración axial de resortes helicoidales de compresión/tensión sobre la base de la "aproximación de varilla equivalente" que trata tanto la vibración axial libre como la forzada. Para vibración libre@ se consideran los casos en los que ambos extremos de la varilla están libres@ un extremo de la varilla está sujetado y el otro extremo está libre y ambos extremos de la varilla están sujetados@. Para la vibración forzada, también se analiza el caso en el que un extremo del resorte se ve obligado a seguir un movimiento cíclico y las tensiones inducidas por el movimiento cíclico. ESDU 08015 considera además las vibraciones libres y forzadas de un sistema de masa de resorte @ tratando los dos casos en los que la masa del sistema es grande en comparación con la masa del resorte y cuando es de tamaño comparable. También se analiza la influencia de varios tipos de amortiguación @ Coulomb y fricción viscosa @ histéresis del material @ etc. En relación con la vibración forzada@, el fenómeno de la resonancia se trata en varias secciones. Aunque es un principio de diseño importante evitar la resonancia siempre que sea posible @ en aplicaciones de alta velocidad, a veces es inevitable que el sistema elástico durante su funcionamiento normal deba pasar a través del dominio de resonancia. En tales casos, la única posibilidad práctica es intentar evitar la resonancia sostenida. Reconociendo la importancia de ingeniería de este problema, se dedica una sección separada a la discusión de la transición a través de la resonancia. El presente artículo amplía el alcance de los artículos anteriores para afectar la carga. En la mayoría de las máquinas, especialmente aquellas que ejecutan movimientos alternos, los impactos se producen durante su funcionamiento normal. A menudo los impactos de desplazamiento son pequeños@ como holguras en cojinetes o juntas@ en otros casos los impactos son una parte integral del funcionamiento normal de las máquinas o mecanismos@ por ejemplo en sistemas de suspensión de vehículos@ válvulas de motores de combustión interna@ martillos de forja@ armas de fuego @ etc. En estos últimos casos normalmente se emplean resortes para absorber o almacenar la energía del impacto. Al diseñar componentes de máquinas para cargas de impacto, se deben considerar las tensiones y deformaciones en los componentes. También es necesario conocer qué efectos tienen estas tensiones y deformaciones en los materiales involucrados. La teoría clásica del impacto considera que los cuerpos involucrados son rígidos y el impacto es instantáneo, por lo que sólo es adecuada para determinar las consecuencias cinéticas del impacto. Cuando se va a investigar el proceso de impacto en sí, es decir, su duración y las deformaciones, las fuerzas y tensiones implicadas, se deben utilizar teorías mucho más avanzadas. Sin embargo, cuando el tema de investigación es sólo el comportamiento dinámico de un sistema de masa de resorte después del impacto y no el del resorte en sí, la teoría clásica del impacto resulta muy útil. En lo que respecta al proceso de impacto, hay dos casos extremos idealizados: el impacto perfectamente no elástico y el impacto perfectamente elástico. La realidad se encuentra en algún punto intermedio entre estos dos extremos. Por consiguiente@ en los cálculos prácticos se introduce el llamado "coeficiente de impacto"@, denominado k@, que tiene valores en el rango 0menor o igual ak menor o igual a 1. El valor de debe determinarse experimentalmente. En el caso de un impacto perfectamente no elástico, su valor es cero@, es decir, k = 0@ y en el caso de un impacto perfectamente elástico@ k = 1. En la primera parte de este artículo@, el impacto sobre los sistemas de masa de resorte se investiga utilizando La teoría clásica del impacto. En la última parte del artículo se considera el problema del impacto sobre una varilla elástica. Este último problema tiene un significado práctico especial, ya que una varilla elástica puede usarse como una "varilla equivalente" que representa un resorte helicoidal.
ESDU 09003-2009 Historia
2009ESDU 09003-2009 Características dinámicas de los resortes helicoidales cilíndricos. Parte 3: carga de impacto en resortes de compresión