Comprender los conceptos básicos de la aplicación de resortes de gas

Al elegir un resorte de gas para una aplicación en particular, es imperativo tener una comprensión básica del funcionamiento y la terminología utilizada al especificar los resortes de gas. Este artículo ofrece recomendaciones y pautas para diferentes posiciones de montaje y describe los diferentes efectos de orientación y amortiguación que se esperan con la posición de montaje elegida.

Principalmente, un resorte de gas es lo mismo que un resorte helicoidal mecánico: un dispositivo para almacenar energía. Un resorte de gas, sin embargo, almacena energía al comprimir el gas contenido en su interior, en lugar de usar material de tensión que forma un resorte helicoidal.

Un resorte de gas es un sistema cerrado que no requiere que se introduzca más gas para que el sistema funcione una vez cargado con gas nitrógeno inerte y fabricado. La presión a cada lado del pistón (punto de referencia uno en la Figura 1) permanece igual sin importar dónde se coloque; esto se debe a la pequeña sección transversal de la barra (punto de referencia dos en la Figura 1) donde el gas no puede ejercer ninguna presión.

A medida que la varilla se empuja hacia el interior del tubo, el gas contenido en el resorte se comprime, lo que aumenta la presión y la compresión del gas crea un comportamiento similar al de un resorte. El pistón unido a la varilla permite el flujo de gas a través del pistón y proporciona los medios para controlar el flujo de gas cuando la varilla se presiona y se extiende.

Alguna terminología común utilizada al especificar un resorte de gas incluye:

Carrera: la cantidad máxima de distancia que la barra puede recorrer desde la longitud cerrada hasta la longitud extendida.

Longitud extendida: la longitud total del resorte de gas medida desde el centro de un ajuste de extremo hasta el centro del siguiente ajuste de extremo.

Longitud cerrada: la longitud total cerrada medida desde el centro de un ajuste de extremo hasta el centro del siguiente ajuste de extremo. Puede haber ocasiones en las que no se hayan especificado ajustes finales; esta medida se referirá a la longitud desde el extremo del vástago hasta el extremo del tubo (excluyendo las roscas).

Beadroll: La sección ranurada del tubo. Esta función se usa para retener la guía y el paquete de sellos y evitar que el pistón dañe el paquete de sellos durante la extensión.

Un resorte de gas contiene varios componentes, cada uno de los cuales es integral para la operación segura y exitosa del componente. La Figura 2 ilustra estos componentes.

Vara. Una varilla viene en acero inoxidable, carbón pulido o rectificado con precisión. La superficie está tratada para mejorar el desgaste y aumentar la resistencia a la corrosión. Generalmente, la varilla siempre será más larga que la carrera del resorte y más corta que la longitud del tubo. El acero al carbono se puede tratar de varias maneras, como el cromado, la nitruración en baño de sal y el uso de un tratamiento de capa superficial Nitrotec, que tiene una serie de ventajas sobre los otros métodos, que incluyen:

Mejor resistencia al desgaste

Características de fricción más bajas

Resistencia a la corrosión equivalente al acero inoxidable

El proceso es ecológico, no tóxico y no produce subproductos ácidos.

Tubo. Un tubo de resorte de gas se compone de un tubo soldado sin soldadura de acero inoxidable o de carbono con recubrimiento de polvo de alta integridad adecuado para altas presiones. El acabado de la superficie interna y la resistencia a la tracción del tubo son fundamentales para la longevidad y el rendimiento de la presión de explosión de un resorte de gas.

Paquete de Guía y Sello.Fabricado con compuesto de plástico, el paquete de guía y sello proporciona una superficie de apoyo para la varilla y evita el escape de gas y la entrada de contaminación.

Además de material compuesto plástico, las guías utilizadas en los resortes de gas también se pueden fabricar de zinc, latón u otros materiales con un manguito de cojinete adecuado incorporado. El caucho se utiliza como estándar para los sellos.

Montaje de pistones. El conjunto del pistón está fabricado de zinc, aluminio o plástico. Para los factores relacionados con la seguridad y la prevención de que el vástago sea expulsado del resorte, la integridad de la unión del pistón al vástago es crítica. El conjunto del pistón controla la velocidad a la que se extiende y comprime el resorte de gas.

Enchufe final.El tapón del extremo se usa para sellar el extremo del tubo del resorte de gas y conectarlo al accesorio del extremo del tubo.

Carga de gas nitrógeno. El nitrógeno se usa dentro de los resortes de gas porque es inerte y no inflamable; no reacciona con ninguno de los componentes internos.

Además de proporcionar lubricación para los sellos, el pistón y el vástago del pistón, el aceite contenido en un resorte de gas también proporciona control de velocidad para el resorte al final de su carrera de extensión. El aceite actúa para desacelerar el resorte y evita las cargas de choque cuando alcanza su extensión total. Sin este control de amortiguación, se produciría una rápida extensión del control del resorte de gas que podría ocasionar fallas, daños o lesiones en el producto.

La amortiguación generalmente se logra regulando el flujo de gas y aceite a través del pistón. Cuando se monta en la posición preferida de vástago hacia abajo, se logra la amortiguación máxima una vez que el pistón alcanza la columna interna de aceite cerca del punto de extensión total. Esto se conoce como la zona de amortiguamiento del aceite.

El nivel de amortiguamiento puede verse influenciado por una serie de factores:

Temperatura de funcionamiento. Esto afecta la amortiguación de dos maneras. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la fuerza dentro del resorte y la viscosidad del aceite se reduce. Como consecuencia, el resorte se extenderá más rápido y tendrá menos amortiguamiento. A temperaturas más bajas, ocurrirá lo contrario, con una reducción de la fuerza de extensión y un aumento de la viscosidad del aceite; por lo tanto, el resorte se extenderá a un ritmo más lento y tendrá un mayor amortiguamiento.

Viscosidad del aceite. La viscosidad, por definición, es la resistencia de un fluido al flujo y al corte. El aceite es un fluido de alta viscosidad, por lo que a medida que aumenta la temperatura, la viscosidad del aceite se reduce, lo que significa que fluirá más rápido y tendrá menos resistencia a los objetos que pasan a través de él (como el pistón o el resorte de gas). Los aceites se pueden especificar con diferentes viscosidades (resistencia al flujo); cuanto mayor sea el número de viscosidad, mayor será la resistencia.

Cuanto mayor sea la viscosidad del aceite, mayor será el efecto de amortiguación en el resorte de gas; sin embargo, otro factor a tener en cuenta es el índice de viscosidad del aceite. Esto indica la tasa de cambio entre dos temperaturas. La velocidad a la que cambia la viscosidad no es lineal y los gráficos de viscosidad se trazan como una función logarítmica frente a la temperatura lineal. Los aceites de mayor viscosidad tienden a tener un índice de viscosidad más alto. Esto indica que están sujetos a mayores niveles de cambio de viscosidad que un aceite de menor viscosidad. El resultado en el resorte de gas será un cambio más pronunciado en el comportamiento de amortiguación con fluctuaciones de temperatura.

Cuanto mayor sea el diámetro del tubo en relación con el diámetro de la varilla, mayor será el volumen de fluido que se requiere para pasar a través del pistón (y, en consecuencia, mayor será el efecto de amortiguación). Si se requiere una amortiguación constante durante toda la carrera para lograr una tasa controlada de extensión o compresión, se deben usar amortiguadores completamente fluidos.

Volumen de aceite. Cuanto mayor sea el volumen de aceite contenido dentro del resorte, más temprano el resorte de gas llegará a la zona de amortiguación de aceite y más lenta será la velocidad de extensión.

Punto de fluidez del aceite. El punto de fluidez de un líquido es la temperatura a la que se vuelve semisólido y pierde sus características de fluidez. Para un resorte de gas, esto significa que una vez que se alcanza el punto de fluidez, el aceite se vuelve sólido. La carrera completa del resorte de gas no se puede utilizar por completo y no se producirá amortiguación.

La medición controla la tasa de extensión y/o compresión de un resorte de gas. Diferentes fabricantes usan diferentes técnicas para lograr esto, desde alterar los tamaños de los orificios del pistón hasta crear rutas de flujo restrictivas a través del pistón. Fundamentalmente, sea cual sea el método que se utilice, el objetivo sigue siendo crear una caída de presión en el pistón para controlar la velocidad de extensión. Cuanto más grande sea el orificio del pistón o más corta la ruta de flujo, menor será la caída de presión, menos restringida la ruta de flujo y más rápido se extenderá el resorte.

Otro factor que afecta el rendimiento del resorte es la fricción de ruptura (también conocida como fricción estática). Esto ocurre cuando se ha permitido que un resorte permanezca estacionario por un período de tiempo; esto puede ser tan poco como unas pocas horas. Debido a la presión contenida dentro del resorte, la tendencia es que la lubricación migre lejos de los sellos y el caucho es empujado hacia las diminutas grietas y hendiduras dentro del metal. Cuando el resorte se activa por primera vez, se requiere fuerza adicional para superar la fricción y liberar el caucho de las grietas y hendiduras.

Este artículo fue una contribución de Camloc Motion Control Ltd., Leicester, Reino Unido. Para mas informacion, visite aqui .

Este artículo apareció por primera vez en la edición de abril de 2019 de Motion Design Magazine.

Lea más artículos de este número aquí.

Lea más artículos de los archivos aquí.

SUSCRIBIR