Muelles de Torsión

Un Muellee de torsión es un muelle de tipo mecánico que funciona ejerciendo un torque o fuerza de torsión cuando se retuerce a lo largo de su eje. El muelle está hecho de alambre enrollado en forma helicoidal, con los extremos del alambre unidos a un punto fijo en un extremo y a un punto giratorio en el otro. Cuando el punto giratorio rota, el muelle almacena energía al retorcerse, y cuando se libera la fuerza giratoria, el muelle vuelve a su posición original liberando la energía almacenada. Aunque su nombre implique otra cosa, los muelles de torsión están más bien sometidos a un esfuerzo de flexión que de torsión. Pueden almacenar y liberar energía angular o mantener estático un mecanismo deflectando los brazos en torno al eje central del cuerpo.

Un muelle de torsión suele estar enrollado de forma ajustada, aunque puede tener un paso con el fin de reducir la fricción entre las espiras. Los muelles de torsión resisten las fuerzas de torsión o rotación. Dependiendo de la aplicación, un muelle de torsión puede diseñarse para operar en sentido horario o antihorario, lo que determinará la dirección de enrollamiento helicoidal.

Aplicaciones de muelles de torsión

Los muelles de torsión son comúnmente utilizados en una gran variedad de aplicaciones, como bisagras de puertas, puertas de garaje, palancas y diversos tipos de maquinaria. También se utilizan en juguetes, relojes y otros productos de consumo en los que se requiere una fuerza giratoria. Las dimensiones oscilan entre los tamaños miniatura, utilizados en aparatos electrónicos, y los grandes muelles de torsión utilizados en unidades de control de asientos. Los muelles de torsión pueden fabricarse con diversos materiales, como acero, acero inoxidable y otras aleaciones, en función de los requisitos específicos de la aplicación. Son muy apreciados por su capacidad para proporcionar un torque elevado y por su durabilidad y larga vida útil.

Configuraciones de muelles de torsión

Existen muchas opciones para la configuración de los brazos del muelle de torsión, permitiendo así que el muelle de torsión se pueda fijar de diferentes maneras. Las especificaciones de los brazos a considerar para un muelle de torsión incluyen el ángulo, la longitud y el tipo de terminación del brazo. Se considera que los muelles que son rectos o paralelos en el mismo lado tienen un ángulo de brazo de 0° y el ángulo incremental está en la dirección de desenrollamiento. Los diseños más comunes de muelles de torsión incluyen terminaciones rectas, terminaciones rectas desviadas, terminaciones en bisagra, terminaciones de gancho cortas y terminaciones de gancho. Los extremos de los muelles de torsión pueden doblarse, retorcerse o moldearse en forma de gancho o argolla para adaptarse a los requerimientos de su proyecto. Los muelles de torsión de catálogo de Lee Spring se ofrecen en una variedad de posiciones de brazos de ángulo libre de 90 grados, 120 grados, 180 grados, 210 grados, 270 grados, 300 grados y 360 grados, con brazos rectos. Los muelles de torsión doble a medida constan de una sección de espiras enrolladas a la derecha y otra a la izquierda. Estas secciones helicoidales están conectadas normalmente mediante una sección no helicoidal y operan en paralelo. Las secciones están diseñadas de forma independiente y el torque total es la suma de ambas.

¿Qué tienen de especial los muelles de torsión?

Una de las características singulares de los muelles de torsión es su capacidad para almacenar y liberar energía mediante un movimiento de torsión, a diferencia del movimiento de compresión y extensión más habitual en otros tipos de muelles. Este movimiento de torsión permite que el muelle de torsión genere un alto torque o fuerza de rotación, lo que lo hace idóneo para aplicaciones que requieren una fuerza rotativa, como bisagras de puertas, puertas de garaje y varios tipos de maquinaria.

Otro aspecto distintivo de los muelles de torsión es que sus propiedades pueden ajustarse variando sus parámetros de diseño, como el diámetro del alambre, el diámetro exterior y el número de espiras. Esto los convierte en elementos altamente personalizables y versátiles, permitiendo adaptarlos a los requisitos específicos de diversas aplicaciones. Por otra parte, los muelles de torsión son conocidos por su alta durabilidad y larga vida útil, debido a su capacidad para tolerar movimientos repetidos de torsión sin experimentar fallas por fatiga. Esto los convierte en una opción confiable y rentable para muchas aplicaciones industriales y de consumo.

Muelles de torsión de catálogo

Los muelles de torsión de catálogo de Lee Spring están cuidadosamente diseñados para satisfacer las especificaciones más comunes, ya sea en medidas imperiales o métricas. Los muelles de torsión de catálogo ofrecen una amplia gama de opciones y configuraciones y están disponibles para su entrega inmediata gracias a nuestro gran inventario. Seleccione entre miles de opciones de diseño, ángulos y longitudes de brazos, además de muelles enrollados a la izquierda y a la derecha. Los muelles de torsión de catálogo se suministran en una gran variedad de materiales, como alambre de piano, acero inoxidable 302 y acero inoxidable 316. Los muelles de alambre de piano de catálogo de Lee Spring incluyen enchapado; y los muelles de torsión de acero inoxidable de catálogo incluyen pasivado, que resulta ideal para la resistencia a la corrosión. 

Ángulos libres de muelles de torsión de catálogo

Muelle de torsión de 90°

Muelle de torsión de 120°

Muelle de torsión de 180°

Muelle de torsión de 210°

Lee Spring ofrece envío terrestre estándar gratuito para compras de muelles de torsión de catálogo, enchapado gratuito, asesoramiento por ingenieros expertos, servicio de atención al cliente en directo y mucho más. Los muelles de torsión de catálogo de Lee Spring cuentan con brazos de igual longitud orientados en diferentes ángulos sin carga.
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Muelles de torsión a medida

Lee Spring también fabrica muelles de torsión a medida para cumplir con las especificaciones exactas de cualquiera de sus proyectos. Gracias a nuestros ingenieros expertos, ofrecemos asistencia desde la fase del diseño hasta la fase de producción. Elija entre una amplia gama de opciones de materiales y acabados para encontrar las más adecuadas para su aplicación concreta de diseño del muelle de torsión. Además, podemos prestarle asistencia en su proyecto gracias a nuestro diseño de muelles de torsión asistido por CAD, nuestra experiencia en normativa gubernamental e industrial, tanto en el prototipo como en la gran serie de producción. Lee Spring ofrece capacidades de producción avanzadas y una amplia variedad de opciones para sus necesidades de fabricación de muelles de torsión, tales como: sistemas avanzados de control de calidad, experiencia en normativas como RoHS, REACH y DFARS, diseño de producto asistido por CAD, servicios internos de producción de prototipos y una red global de cadena de suministro. Solicite hoy mismo una cotización o comuníquese con un ingeniero de Lee Spring para obtener asistencia en el diseño o responder a cualquier pregunta que le ayude a iniciar su proyecto de muelles fabricados a medida.

Para obtener más información sobre los distintos materiales y acabados utilizados habitualmente en los muelles de torsión:
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Consideraciones sobre el diseño de muelles de torsión

Cuando se trabaja en un diseño de muelle de torsión se deben tener en cuenta una serie de elementos de diseño. La siguiente es una lista de consideraciones clave de diseño cuando su aplicación opere con muelles de torsión:

• Las cargas de los muelles de torsión deben especificarse en una posición angular fija y no en una deflexión fija desde la posición sin carga.
• Las pruebas de torque de los muelles de torsión no son fáciles de realizar. Se pueden realizar mediciones de torque para muelles de torsión, pero pueden ser inconsistentes.
• Es necesario tener en cuenta la reducción del diámetro interior del muelle de torsión y su posible atascamiento en su aplicación.
• Para aplicaciones de muelles de torsión que requieren una histéresis (pérdida de carga) mínima, los muelles de torsión deben diseñarse con un espacio entre las espiras adyacentes para reducir las pérdidas por fricción.
• Un muelle de torsión debe cargarse siempre en una dirección que haga disminuir el diámetro de su cuerpo. Las tensiones residuales de deformación son favorables en esta dirección, pero desfavorables cuando el muelle se somete a una carga en una dirección que aumente el diámetro del cuerpo.
• Debe mantenerse en todo momento una holgura entre el mandril y el muelle de torsión para evitar que se atasque. El tamaño ideal del mandril es igual o ligeramente inferior al 90% del diámetro interior, cuando el muelle está totalmente deflectado (diámetro mínimo). Deben evitarse los mandriles significativamente inferiores al 90% para evitar el pandeo durante grandes deflexiones.
• La mayoría de los muelles de torsión están enrollados de forma ajustada; por lo tanto, la longitud del cuerpo del muelle de torsión aumentará cuando un muelle se deflecte en la dirección que reducirá el diámetro de las espiras. En los diseños de carcasas con poco espacio, debe tenerse en cuenta este incremento.
• La dirección de enrollamiento de un muelle de torsión debe especificarse siempre.

Para determinar la dirección de enrollamiento de un muelle de torsión simplemente sosténgalo en la mano con los dedos colocados alrededor de la parte exterior del cuerpo y el pulgar apuntando hacia arriba. Si la última espira termina en la misma dirección que apuntan sus dedos, ese es el sentido (la dirección de enrollamiento) del muelle. El enrollamiento del muelle de torsión puede ser hacia la derecha, hacia la izquierda o de torsión doble. Un buen diseño dicta que los muelles de torsión deben utilizarse en la dirección en que se enrolla la espiral.
 

Configuraciones comunes de brazos de muelles de torsión

Los muelles de torsión pueden diseñarse y fabricarse en una amplia gama de configuraciones de terminaciones y brazos. Se pueden solicitar configuraciones especiales de brazos para un muelle de torsión. Al diseñar terminaciones de muelles de torsión, es importante tener en cuenta que las curvas, sometidas a carga para disminuir su radio de curvatura, tienen tensiones residuales favorables. Pueden operar a niveles de tensión aplicada más elevados que las curvas que aumentan el radio mediante carga. Con frecuencia, el rendimiento de los muelles de torsión se ve limitado porque los extremos fuertemente doblados soportan mayores esfuerzos que el cuerpo.

Configuraciones de brazos de muelles de torsión axiales

0 grados

90 grados

180 grados

315 grados

 

Configuraciones de brazos de muelles de torsión tangenciales

0 grados

90 grados

180 grados

315 grados

 

Configuraciones de brazos de muelles de torsión radiales

0 grados

90 grados

180 grados

315 grados

 

Centro radial sobre muelle de torsión tangencial

0 grados

90 grados

180 grados

315 grados

 

Muelles de torsión doble

Entre los tipos especiales de muelles de torsión se incluyen los muelles de torsión doble y los que tienen un espacio entre las espiras para minimizar la fricción. Los muelles de torsión doble constan de una sección de espiras enrolladas a la derecha y otra a la izquierda. Estas secciones helicoidales están conectadas normalmente mediante una sección no helicoidal y operan en paralelo. Las secciones están diseñadas de forma independiente siendo el torque total la suma de ambas.
 

Terminología de muelles de torsión

Espiras activas: el número de espiras del muelle que se comprimen o extienden cuando está sometido a carga.

Deflexión angular: el ángulo de rotación medido desde la posición libre hasta las posiciones instalada, intermedia o final.

Ángulo libre: el ángulo entre los brazos de un muelle de torsión cuando el muelle no está sometido a carga.

Diámetro interior:  el diámetro interior del muelle, que corresponde al diámetro del círculo que forma el alambre cuando el muelle no está sometido a ninguna carga.

Longitud del brazo:  la longitud de las secciones rectas en los extremos del muelle, utilizadas para enganchar el muelle a otros componentes.

Mandril: varilla o eje sobre el que actúa un muelle de torsión.

Tipo de material:  el tipo de material utilizado para fabricar el muelle, que puede afectar su resistencia, durabilidad, entre otras propiedades.

Máxima deflexión: grado máximo de torsión del muelle antes de alcanzar su límite elástico y comenzar a deformarse permanentemente.

Diámetro exterior:  el diámetro exterior del muelle, que corresponde al diámetro del círculo que forma el alambre cuando se enrolla en espiral.

Radio: el radio de curvatura en el que se aplica una carga a un brazo. Por lo general, se supone que el radio es igual a ½ de la longitud del brazo.

Constante elástica: la cantidad de torque que ejerce el muelle para un ángulo de torsión determinado, que suele medirse en unidades de torque por unidad de ángulo (como Nm/grados o lb-pulg/rad).

Torque: acción de torsión en los muelles de torsión que produce una rotación igual a la carga multiplicada por la distancia desde la posición de la carga hasta el eje del cuerpo del muelle.

Total de espiras: el número total de espiras del muelle cuando no está sometido a carga.

Diámetro del alambre: el diámetro del alambre utilizado para fabricar el muelle, que suele especificarse en pulgadas o milímetros.