Universidad Rafael LandívarFacultad de IngenieríaDepto. De Ingeniería MecánicaDiseño de Maquinas IICat. Ing. Carlos E. García Bickford

Licitación de Resortes

Jonathan Girón Carnet No. 1184312

Leonel Estuardo Ruiz Carnet No. 1136312

Lunes 31 de Agosto de 2015. Guatemala Ciudad

Resortes de Válvulas

Descripción

El siguiente trabajo forma parte de una licitación para la fabricación de los resortes de válvulas de un motor diesel 3.0L de 6 cilindros a 5500 rpm y con relación de compresión de 17:1. Los parámetros para la fabricación de los resortes de válvulas se encontraron en el libro Engine Builder´s Handbook de Tom Monroe y comparados con los valores usados por la compañía PAC Racing Spring para el diseño de sus resortes de válvulas.

El Resorte fue diseñado bajo el caso de carga dinámica y una vida infinita. Por lo que definió una fuerza mínima de 85 lb incluyendo la precarga y una fuerza máxima 230 lbs. El resorte posee una constante de 448 lb/in, la cual se mantiene dentro del rango. Según especificaciones de motores de 6 cilindros 3.0L diesel cuando el resorte está instalado debe de tener una altura de entre 1.8” a 1.9” Por lo que se le definió una longitud libre de 2” para cuando se le aplique la precarga este disminuya a 1.895”, también según especificaciones cuando la válvula se abre, el resorte debe de tener una altura de 1.4” a 1.25” por lo que se ha definido una altura de 1.4” debido al diámetro del alambre del resorte y al número total de espiras. Teniendo como resultado un resorte de diámetro medio de 1”, fabricado de alambre ASTM A231(Cromo –Vanadio, especial para resortes de válvulas) de diámetro 0.203”. Con un número total de 7 espiras y teniendo factores de seguridad que van desde 1.46 hasta 1.75. Por lo que se obtuvo un diseño que satisface las condiciones generales de un resorte de válvula.

Memoria de Calculo Resorte de Compresión

Para el cálculo de los resortes de válvulas se definieron los siguientes parámetros:

o Constante del Resorte varía de 300 a 450 lb/in.o Fuerza de instalación (Fuerza cuando la válvula está cerrada): 68 – 85 Lb.o Fuerza Max (Fuerza cuando la válvula está totalmente abierta): 216-260 Lb.o Altura del resorte cuando está instalado: 1.8” – 1.9”o Altura del resorte cuando la válvula está abierta: 1.4”-1.25”

Primero se determinó que fuerza mínima había que aplicarle al resorte para que al sumársele la precarga y el factor de cierre se obtuviera un valor de entre 68 – 85 Lb. Se definió que la longitud a comprimirse por la precarga seria de 0.105” Y también que fuerza máxima se necesitaba para aplicar para que al momento de agregarse el factor de cierre la fuerza máxima estuviera en el rango de 216 a 260 Lb. Por lo que se determinaron las siguientes fuerzas:

Luego se determinaron los dos parámetros que son las dos variables de problema, el diámetro medio del resorte y diámetro del alambre. Investigando sobre algunos resortes de válvula se determinaron los diámetros variaban de 0.875” a 1.2 “, por lo que después de varias pruebas se determinó un diámetro medio de 1” y un diámetro del alambre de 0.203” y también se determinó una longitud libre de 2” ya que al restarle la longitud de compresión por la precarga la longitud de instalación del resorte estaría sobre los valores establecidos anteriormente.

Otro parámetro que se definió también tomando un promedio del número de espiras que poseen los distintos resortes de válvulas.

Para la elección del material no se tuvo muchas opciones, ya que el material apropiado para resortes de válvulas es el ASTM A231 Cromo-Vanadio.

Luego el programa realiza los cálculos para determinar la constante del resorte, con todos los valores establecidos anteriormente. La cual quedo muy próxima a valor límite superior de la constante de los resortes de válvulas que están entre 300 a 450 lb/in.

Luego solo se ingresó el número de espiras en el extremo y la forma de apoyo del resorte el cual es un extremo fijo y el otro con pivote, y el programa realizo el cálculo de la deflexión, la estabilidad, en número total de espiras, la longitud solidad y lo más importante, determinar si las espiras del resorte topan o no. Luego de varias iteraciones de la longitud libre del resorte y del número de espiras se logró que las espiras del resorte no toparan.

Luego el programa realiza el cálculo de la resistencia del diseño y del factor de seguridad. Donde se obtuvo un factor seguridad de Sines de 1.75, el cual es un buen factor de diseño.

Por último el programa calcula el resorte para la fatiga, donde se calculan los factores de seguridad. Donde se obtuvieron un factores de 1.50 con Gerber y 1.46 con Goodman, los cuales están en un rango aceptable ya que estos dos son menos conservadores que el primer factor de Sines de 1.75

Resultado

Diámetro medio del resorte (in)

1

Diámetro del alambre (in) 0.203Longitud Libre (in) 2

Longitud Solida (in) 1.4# de espiras 7

Material ASTM A231

Conclusiones

Se logro mantener el resorte dentro del rango de longitudes. El resorte diseña es bastante parecido a los resortes ya diseñados para válvulas. Con los factores de seguridad obtenidos se garantiza que no fallara el resorte

las fuerzas aplicadas por el motor diesel.

Resorte de Extensión para Mecanismo Leva Seguidor

DescripciónEl siguiente trabajo forma parte de una licitación para la fabricación de un resorte de un mecanismo leva seguidor, el cual tiene como fin permitir que el seguidor este siempre pegado a la leva sin importar en el punto que se encuentre. Para su diseño se determinar ciertos parámetros, como lo son la fuerza mínima que existe entre la leva y el seguidor que es de 5.5

lb y la longitud minima y máxima que va desde los 5916” hasta los 6

516”.

Para su diseño se utilizo el material Alambre Inoxidable A313, y luego de varias iteraciones se llego a definir un diámetro del alambre de 0.0625” y un diámetro medio del resorte de 0.5”, con radios en el gancho r1 de 0.1875” y r2 de 0.089”. Con dichos valores se logro un resorte con longitud activa de 5.563” y una longitud máxima de 6.333”.

Los factores de seguridad del resorte se encuentran por encima de 1.91 garantizando que el gancho del resorte no falle y por lo tanto el cuerpo del resorte tampoco falle.

Memoria de Calculo Resorte de Compresión

El diseño para el resorte del mecanismo mostrado anteriormente fue diseñado bajo las siguientes condiciones.

o Fuerza inicial: 5.5 lb.

o Longitudes de 5 916

a 6 516

.

o También se definió que la fuerza máxima no excediera las 7 lb, ya que seria un resorte con mucha fuerza.

Luego se procedió a ingresar los valores ya definidos y también los parámetros que serán la variable del problema como el diámetro del alambre, el diámetro del resorte, a su vez r1 y r2 que son los radios que presenta el gancho del resorte.

También se define el material a usar, en este caso se utilizo un Alambre Inoxidable A313. Y se ingresa también el número de vueltas.

Con los valores ya ingresados, el programa calcula las relaciones de C, C1 y C2, como los factores de correcion del esfuerzo flector de la curvatura Ka y Kb, asi como los esfuerzos tensión y torsión máximos. Teniendo como resultado la constante del resorte.

El programa realiza el cálculo del numero de espiras activas, la longitud libre, la longitud activa y la longitud máxima del resorte, así como su deflexión.

Por ultimo el programa calcula la resistencia de diseño del cuerpo del resorte y del gancho. Alcanzando factores de seguridad por encima de 2.0.

Como el resorte es diseñado para una vida infinita ya que trabaja por funcionar por muchos ciclos de extensión y compresión, es importante calcular su fatiga del cuerpo y principalmente del gancho, ya que si el gancho falla todo el resorte.

En este diseño obtuvimos factores de seguridad por encima de 1.91 por lo que el diseño funcionara bien bajo las condiciones dadas.

Resultado

Diámetro medio del resorte (in)

0.5

Diámetro del alambre (in) 0.0625Longitud activa (in) 5.563Longitud max (in) 6.333

# de espiras 78Material ASTM A313

Conclusiones

Se logro mantener el resorte dentro del rango de longitudes. Con los factores de seguridad obtenidos se garantiza que no fallaran ni el

gancho, ni el cuerpo del resorte.

Formas de Conseguirlo

Acero

Resortes

Diseño mecánico para su Fabricación