Calculadora de resortes helicoidales de compresión

¿Cómo se calcula un resorte de compresión?

En un resorte helicoidal de compresión, la carga tiende a retorcer el alambre, por lo que este soporta tensión cortante. Tres ecuaciones básicas bastan para el diseño preliminar.

Constante del resorte: k = G × d⁴ / (8 × D³ × N_a), donde d es el diámetro del alambre, D el diámetro medio de espira, N_a el número de espiras activas y G el módulo de cortadura.

Tensión cortante: τ = K_w × 8 × F × D / (π × d³). K_w es el factor de Wahl, que considera la mayor tensión en el interior de la espira: K_w = (4C − 1) / (4C − 4) + 0,615 / C, con el índice del resorte C = D / d.

Deformación: δ = F / k.

Longitud a bloque y tipo de extremos

Al comprimirse el resorte, las espiras terminan tocándose. La longitud en ese punto es la longitud a bloque y el resorte ya no puede acortarse. Depende del número total de espiras y de si los extremos están rectificados. Un resorte con extremos cerrados y rectificados tiene dos espiras totales más que activas y una longitud a bloque de d × N_t. Se deja un margen para que nunca llegue al bloqueo en servicio.

Ejemplo

Un resorte de acero con alambre de 4 mm, diámetro medio de espira de 32 mm y 8 espiras activas tiene k = 80 000 × 256 / (8 × 32 768 × 8) = 9,77 N/mm. El índice del resorte es 8 y el factor de Wahl es 1,184. Bajo 300 N, la tensión es 452 MPa y la deformación 30,7 mm. Con extremos cerrados y rectificados hay 10 espiras totales y la longitud a bloque es 40 mm. Con una longitud libre de 80 mm, la longitud bajo carga es 49,3 mm y quedan 9,3 mm hasta el bloqueo.

Límites

La resistencia del alambre varía mucho con el material y el diámetro, por lo que la herramienta no propone una tensión admisible. En resortes bajo carga repetida gobierna la fatiga, que aquí no se calcula. Los resortes largos pueden pandear. La herramienta solo ofrece un límite aproximado para un resorte de acero apoyado sobre superficies planas en ambos extremos.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula la longitud de un resorte comprimido?

Por ejemplo, un alambre de 4 mm, un diámetro medio de 32 mm, 8 espiras activas y un módulo de cortadura de 80 GPa dan una constante del resorte de 9,766 N/mm. La longitud libre de 80 mm se reduce a 59,52 mm bajo 200 N. Resta la deformación de la ley de Hooke de la longitud libre, teniendo en cuenta que este cálculo preliminar supone extremos cerrados y rectificados y excluye la fatiga y la seguridad detallada frente al pandeo.

Calcular con estos valores