¿Qué es un Muelle Helicoidal?
Los muelles helicoidales son resortes en espiral hechos principalmente de alambre metálico. Al aplicar una fuerza externa para comprimirlos, tirar de ellos o retorcerlos, se puede almacenar una fuerza en su interior, y la energía interna actúa como fuerza restauradora (fuerza de repulsión).
Los muelles helicoidales utilizados para aplicaciones de compresión se denominan muelles de compresión o resortes de compresión, para aplicaciones de tracción muelles de tracción o resortes de tracción, y para aplicaciones de torsión muelles helicoidales de torsión o resortes de torsión.
Los muelles helicoidales se utilizan en una gran variedad de aplicaciones para absorber golpes y vibraciones generados por máquinas, artículos de uso cotidiano y juguetes que requieren una acción de retorno, como los pulsadores, así como en automóviles y máquinas herramienta.
Usos de los Muelles Helicoidales
Los muelles helicoidales se utilizan para dos funciones principales: volver a su longitud original debido a fuerzas de repulsión, y absorber golpes y vibraciones deformándose y almacenando energía.
Entre los productos que utilizan fuerzas de repulsión se encuentran los bolígrafos que retraen su mina tras dos clics, las máquinas de bloqueo de bicicletas que se desbloquean automáticamente cuando se abren y las cintas métricas que pueden enrollarse automáticamente.
Algunos ejemplos de amortiguadores son las suspensiones de los automóviles, que reducen el balanceo y las vibraciones transmitidas desde la superficie de la carretera al interior del vehículo, y los amortiguadores instalados en los extremos de las cuerdas de Tarzán.
Principio de los Muelles Helicoidales
En un muelle helicoidal, la energía elástica del alambre en espiral actúa como una fuerza restauradora debida a la deformación plástica del alambre en espiral. La magnitud de la fuerza restauradora es, por tanto, proporcional al desplazamiento de compresión, y el valor obtenido dividiendo la fuerza restauradora por el desplazamiento (cantidad de deformación) se denomina constante del muelle. A medida que aumenta el diámetro del alambre, la constante elástica también aumenta, y se producen muelles helicoidales con una amplia gama de constantes elásticas.
Dado que la constante elástica es un valor que indica las características de un muelle helicoidal, esta constante elástica y la longitud del muelle son importantes a la hora de seleccionar un muelle helicoidal.
Cuando se utiliza como fuerza de repulsión, la constante del muelle se estima a partir del desplazamiento diseñado o previsto y de la fuerza de repulsión que debe generarse.
Cuando se utiliza para la absorción de impactos, la constante del muelle se determina a partir de la longitud del desplazamiento diseñado y la carga instantánea prevista. También es importante asegurarse de que la frecuencia natural de todo el sistema no coincida con la frecuencia de la fuerza periódica aplicada desde el exterior (es menos probable que resuene). Para aplicaciones de absorción de impactos, suelen combinarse con amortiguadores que ejercen una fuerza de resistencia proporcional a la velocidad a la que cambia el desplazamiento.
Muelles Helicoidales para aplicaciones dentales
Los muelles helicoidales se utilizan como aparatos de ortodoncia. Esto significa que el tratamiento ortodóncico se lleva a cabo aplicando una fuerza adicional a los dientes mediante la fuerza restauradora de los muelles helicoidales.
Se utilizan muelles helicoidales, por ejemplo, de aleación de cobalto-cromo.
El tipo de muelle se selecciona en función de la dirección del movimiento del diente y de la fuerza aplicada.
Los muelles helicoidales abiertos se utilizan para ampliar la distancia entre los dientes, con el muelle en posición retraída y los extremos sujetos a otros aparatos de ortodoncia.
El tipo cerrado se utiliza para reducir la distancia entre los dientes y se emplea extendiendo el muelle entre los dientes donde se desea cerrar el hueco y fijando los extremos a otros aparatos de ortodoncia.
Cuando se utilizan muelles helicoidales metálicos, debe comprobarse su compatibilidad con el organismo, por ejemplo, para asegurarse de que el paciente no tiene una reacción alérgica.
Muelles Helicoidales para Automoción
Los muelles helicoidales para aplicaciones de automoción incluyen suspensiones.
La configuración específica de una suspensión es una combinación de muelles helicoidales y amortiguadores.
En esta configuración, el diámetro del alambre, la longitud y el número de vueltas del muelle helicoidal determinan la constante del muelle y otras características del muelle helicoidal. Tenga en cuenta que cuanto mayor sea la longitud libre del muelle helicoidal, mayor será el recorrido de la suspensión.
Existen tres tipos de muelles helicoidales: muelles de paso igual con la misma separación entre espiras, muelles de paso desigual con diferente separación y muelles de paso no lineal con diferentes diámetros de espiras.
Los muelles helicoidales de paso igual absorben los choques en toda su longitud, mientras que los de paso desigual absorben los choques más suavemente en los pasos más estrechos, mientras que absorben choques más fuertes en los pasos más anchos. En los sistemas no lineales, cuanto mayor es el diámetro de la espiral, más suave es la reacción al choque.
Los muelles helicoidales absorben los choques, pero tardan algún tiempo en reducir la vibración. Los amortiguadores, que pueden combinarse con muelles helicoidales, pueden controlar antes las vibraciones gracias a su función de amortiguación.