DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS I

6.8.- MUELLES BELLEVILLE

 

 

 

 

 

En el interior de la figura 8-14 se ve un muelle de forma de disco con una cierta conicidad, que se denomina comúnmente muelle Belleville.  Aunque su estudio matemático se aleja de los propósitos de este libro, el lector debe, al menos familiarizarse con las características más señaladas de estos muelles.  Junto a la obvia ventaja de ocupar un pequeño espacio, una variación de la relación h/t produce una amplia variedad de formas de las curvas esfuerzo – deformación, como se ve en la misma figura 8-14.  Por ejemplo, empleando una relación h/t de 2,83 o mayor, se obtiene una curva en S que puede ser útil para mecanismos de acción repentina.  Disminuyendo esta relación a un valor entre 1,41 y 2,1, la parte central de la curva se hace horizontal, lo que indica que la carga es constante dentro de un considerable margen de deformaciones. 
Puede obtenerse una mayor carga par una deformación alojando los muelles unos dentro de otros, esto es, apilándolos en paralelo.  Por otro lado, colocándolos en serie se consigue una mayor deformación para la misma carga, pero en este caso existe el peligro de la inestabilidad.

6.9.- MUELLES DIVERSOS

 

 

Un muelle en espiral es una tira ancha y de poco espesor o una lámina de acero enrollada de modo que las espiras encajan unas dentro de otras.  Puesto que las espiras no se apilan unas sobre otras, la altura del muelle totalmente comprimido es la anchura de la tira.  En un muelle espiral a compresión se obtiene una constante de muelle variable, permitiendo que las espiras estén en contacto con el soporte.  Así pues, cuando aumenta la deformación, el número de espiras activas disminuye.  El muelle espiral que se ve en la figura 8-15 tiene otra importante ventaja, que no puede obtenerse con los muelles de alambre redondo: si las espiras se arrollan de modo que entren en contacto o se deslicen unas sobre otras durante el funcionamiento, el rozamiento servirá para amortiguar las vibraciones u otras perturbaciones transitorias indeseables.

Un muelle cónico, como el nombre indica, es un muelle arrollado con la forma de un cono.  La mayoría de los muelles cónicos son muelles a compresión y se hacen con alambre de sección circular.  Un muelle espiral es también un muelle cónico.  Probablemente la principal ventaja de este tipo de muelles es que puede hacerse el arrollamiento de modo que la altura, cuando está totalmente comprimido, vale únicamente el diámetro del alambre.

Se emplean las láminas para una gran variedad de muelles, como los de reloj, muelles motores, de torsión, en voladizo y ballestas.  Frecuentemente se les da una forma especial para crear ciertas características de muelle, para clips fusibles, muelles relay, arandelas muelle, muelles de acción repentina y sujetadores.

Al proyectar a partir de láminas muchos de los muelles, resulta a menudo económico y de interés por el valor del material que se ahorra, el conseguir una tensión constante en todo el muelle. 

 

Un  muelle en voladizo de sección uniforme, como el de la figura 8-16ª, tiene una tensión que es proporcional a la distancia x, si I/c es constante.  Pero no hay ninguna razón por la que I/c necesite ser constante.  Por ejemplo, se puede proyectar dicho muelle como el que se indica en la figura 8-16b, en la que el espesor h es constante, pero la anchura b es variable.  Puesto que, para una sección rectangular, I/c = bh2/6, tendremos, a partir de la ecuación (a),

        O       

 

Puesto que b es función lineal de x, la anchura b0 en la base del muelle es:

Sin embargo, la deformación de este muelle plano triangular es más difícil de calcular, ya que el momento de inercia es ahora una variable.  Probablemente puede obtenerse la solución del modo más rápido, si se emplea el método de integración gráfica discutido en los capítulos anteriores.

Los métodos de análisis de tensiones y deformaciones, explicados en las secciones anteriores de este capítulo, han servido para aclarar que los muelles pueden analizarse y proyectarse utilizando los fundamentos discutidos en los capítulos iniciales de este libro.  Esto es cierto también para la mayoría de los diversos muelles mencionados en esta sección, y el lector no experimentará ahora ninguna dificultad en la lectura y comprensión de la literatura que trate sobre tales muelles.