Mecanismos: La Primavera

La mayoría de la gente probablemente no piensa en los resortes hasta que uno se dobla o se rompe, pero la mayoría de los resortes del mundo son cruciales. Los que no lo son se llaman Slinky.

Todos usamos y nos encontramos con docenas de diferentes tipos de resortes todos los días sin darnos cuenta. Mire dentro del mundo de los resortes y encontrará cientos de variaciones sobre el tema del rebote. El principio del resorte es lo suficientemente simple como para que se pueda extender a casi cualquier forma y tamaño que se pueda imaginar y mecanizar. Debido a que puede adoptar tantas formas, el resorte como mecanismo tiene miles de aplicaciones. Mire debajo de su automóvil, desmonte un bolígrafo retráctil, abra una engrapadora, la puerta de un horno o un imperdible, y encontrará uno o dos resortes.

Técnicamente hablando, un resorte es un objeto elástico que almacena energía mecánica y la libera cuando se comprime, estira o tuerce. La forma más antigua de resorte conocida por el hombre es probablemente el arco de tiro con arco, seguido de los resortes planos de las pinzas de la Edad del Bronce. Los antiguos carruajes romanos usaban suspensiones de ballestas para un viaje más suave en esos caminos rocosos.

Los resortes en espiral, ahora los más comunes e identificables, se usaron por primera vez en el siglo XV en cerraduras y relojes. En la década de 1800, comenzaron a aparecer en camas y muebles. En la década de 1980, se doblaban regularmente dentro de los teclados de IBM.

Los resortes se pueden clasificar por su forma, su composición y su uso previsto. La mayoría de los resortes son en espiral o planos, pero hay legiones de resortes personalizados en varias formas. Los principales usos de los resortes incluyen devolver algo a su posición inicial, como una puerta mosquitera; fuerza de medición, como una escala; y almacenar energía para su uso posterior, como en un reloj mecánico o un juguete de cuerda.

Los resortes suelen estar hechos de metal o plástico; la elección depende de la aplicación y el entorno previstos. La mayoría están hechos de acero para muelles, que es una aleación de acero al carbono estirado en frío. Los resortes fabricados con aleaciones de cobre como el bronce fosforoso y el cobre berilio proporcionan una alta conductividad eléctrica y térmica. Los resortes de plástico pueden parecer poco prácticos, pero son bastante útiles en aplicaciones sensibles como el procesamiento de alimentos y equipos de rayos X que requieren mecanismos no metálicos hechos de materiales inertes.

No importa la composición, un buen resorte es aquel que puede volver al equilibrio una y otra vez sin ningún daño dimensional duradero. Un resorte bien diseñado debe funcionar durante mucho tiempo, por lo que muchos pasan desapercibidos y no se consideran hasta que se rompen.

Pídele a alguien que dibuje un resorte y probablemente garabateará un resorte de compresión. Cuando se aprietan o comprimen, se acortan. Estos son fácilmente los más comunes y se encuentran en todo, desde bolígrafos retráctiles hasta dispensadores de jabón, émbolos de pinball y suspensiones de automóviles.

El Slinky es un resorte helicoidal precomprimido cuyas propiedades se jugaron para hacerlo bajar las escaleras de la manera más sigilosa posible. Saque las baterías de algo y probablemente encontrará terminales de resorte de compresión cónicas que se comprimen de manera más plana para ahorrar espacio.

Los resortes de extensión son los segundos más comunes. Cuando se estiran o tiran, se alargan. Estos son los resortes que cierran la puerta mosquitera y dan rebote a su trampolín. Están hechos de la misma manera que los resortes de compresión. La principal diferencia es que los resortes de extensión tienen ganchos u orejas en los extremos para conectarse a la carga o cargas que los extenderán. Estas orejas se fabrican doblando una o más de las bobinas de los extremos, generalmente de forma perpendicular a la orientación de las bobinas restantes.

La otra diferencia es el espacio entre las bobinas. Un resorte de compresión está hecho para comprimir, por lo que las bobinas están lo suficientemente separadas para dejar espacio para la compresión. Un resorte de extensión está hecho para extenderse, de modo que las bobinas se toquen en su posición no estirada.

Los resortes de torsión se parecen a los resortes de compresión, pero se activan de manera diferente. Mientras que las cuerdas de compresión se tensan en torsión, o al torcer el material elástico, los resortes de torsión se tensan en flexión. Se encuentran en pinzas para la ropa, dispositivos electrónicos emergentes y muchas otras cosas con mandíbulas.

La carga se aplica a las patas del resorte en la dirección de los devanados de la bobina. Los resortes de torsión son como pequeños voladizos enrollados que proporcionan torsión, como en la pinza de ropa, o la resisten, como en el quitagrapas.

Otra configuración de torsión común es la barra de torsión, utilizada en algunas suspensiones de automóviles y en las puertas de ala de gaviota del DeLorean DMC-12. Los resortes de torsión también pueden ser planos, como las espirales de los relojes mecánicos, las cajas de música y otros juguetes de cuerda.

El resorte plano es un tipo de resorte plano no torsional. Los camiones y otros vehículos grandes a menudo tienen suspensiones de ballestas que transfieren la carga de manera uniforme a través del chasis.

Cuanto más complicado es algo, más resortes es probable que tenga. Lo mismo ocurre con los tipos de resortes involucrados. Todo depende de la necesidad. Una engrapadora tiene dos: un resorte de extensión que hace avanzar el cargador y un resorte de hoja que devuelve la engrapadora a la posición de espera. Los autos y los reproductores de casetes tienen muchos resortes diferentes, aunque el auto promedio lo supera en número por unos pocos cientos.

Muchas cosas requieren una acción de resorte especializada, y para eso hay muchos tipos de resortes especiales, únicos y formas de alambre especialmente diseñadas, como pasadores de chaveta o las manijas de un clip de carpeta. Los resortes también se pueden mecanizar a partir de una sola pieza de material.

Los resortes ondulados se utilizan en lugar de los resortes de compresión cuando se necesita una deflexión de carga ajustada en un espacio pequeño. Algunos motores eléctricos precargan sus cojinetes con un tipo de resorte ondulado que reduce el ruido.

Los resortes serpenteantes son del tipo en zigzag de los que están hechas las suspensiones de sillas y sofás. Sospecho que el diseño común del triturador de papas se basó en tal resorte.

Los resortes de voluta se asemejan a una taza plegable y los resortes de doble voluta parecen croissants. Muchos tipos de tanques utilizan suspensiones de resortes de voluta en configuraciones tanto verticales como horizontales. Ese par de tijeras de podar que tienes en tu garaje probablemente tenga una voluta doble; no parecen ser utilizados para mucho más.

La más extraña podría ser la lavadora Belleville. Estos son discos cónicos que se apilan en varias configuraciones para proporcionar diferentes tipos de rebote y se encuentran más comúnmente en las minas terrestres.

Entonces, ¿qué le da a los resortes su resiliencia y rebote? En el caso del acero para resortes, la elasticidad es una función de la forma en que interactúan las moléculas. En reposo, las fuerzas internas de atracción y repulsión están equilibradas.

Cuando se aprieta un resorte de compresión, se acumula la fuerza de repulsión y, al soltar el resorte, se separan las moléculas. En un resorte de extensión, estirar las bobinas aumenta la fuerza de atracción y soltar el resorte une las moléculas.

Siempre que una fuerza actúa sobre un resorte de cualquier tipo, la cantidad de movimiento que resulta en el resorte se conoce como su desviación. La mayoría de los resortes accionados dentro de su límite elástico obedecerán la Ley de Hooke, que establece que la fuerza (F) necesaria para comprimir o extender un resorte es igual al producto de la constante del resorte (k) por la distancia recorrida (x) (también conocida como su deflexión ). En otras palabras, la compresión o extensión de cualquier resorte es proporcional a su fuerza.

No todas las espiras de un resorte se deformarán bajo carga. Cualquier resorte con extremos cerrados tendrá bobinas inactivas que no soportan ningún estrés. Quizás lo más importante es que los diseños de resortes deben tener en cuenta la cantidad de bobinas activas necesarias para hacer el trabajo.

Para los fabricantes de productos, no existe una solución estándar para los diseños que requieren resortes. Sus resortes deben fabricarse a pedido en función de las dimensiones y la desviación deseadas.

Los resortes de metal comienzan con una bobina de cable de acero estirado que tiene un perfil redondo, cuadrado o rectangular. El cordón se introduce en una máquina formadora que se ha configurado para fabricar un tipo específico de resorte. La máquina puede tardar una hora o más en configurarse, pero una vez que se marca, puede hacer decenas de miles de resortes por hora.

Los resortes de compresión simplemente se enrollan con las formaciones finales deseadas y se cortan. Al fabricar resortes de extensión, la máquina doblará la primera o las dos primeras bobinas en un ángulo de 90° para formar un gancho. Luego enrolla el resto del resorte, forma el otro gancho y lo corta. Algunos ganchos se forman a mano, según el material y las especificaciones del cliente.

Luego, los resortes terminados se calientan para relajar el metal, lo que alivia las tensiones del enrollamiento y les ayuda a conservar su forma después de la flexión. Algunos resortes se chorrean con una corriente de gránulos de alta velocidad para mayor resistencia en un proceso llamado granallado.

La mayoría de los resortes de consumo están enrollados en frío. Para diámetros de alambre superiores a 16 mm, se enrollan en caliente, como se puede ver a continuación. Los resortes enrollados en caliente se encuentran en automóviles, equipos agrícolas y de construcción, y suspensiones de locomotoras.

Digamos que tiene algún diseño que podría beneficiarse de la elasticidad. Si no puede encontrar el que necesita en ese surtido de primavera de Microcenter, puede hacer uno propio con alambre de música si tiene acceso a un torno y un mandril. [ThisOldTony] puede ayudar con los detalles. ¿Has hecho tus propios resortes? Háganos saber en los comentarios.

Aunque acabamos de empezar a rascar la superficie del tema de los resortes, esperamos que se haya ganado el respeto por estos mecanismos que trabajan duro.