Cómo el rango de deflexión influye en el rendimiento de los Resortes de Platillo

La carga estática se define como la aplicación de una carga constante o una carga que cambia en intervalos de tiempo relativamente largos, sin superar los 10 000 ciclos durante la vida útil del diseño. En aplicaciones estáticas, la tensión máxima calculada en la mitad del vano de la superficie superior del resorte de plastillo es crítica. (Indicada como el Punto 0 en la Figura 2). En este punto, la tensión máxima calculada no debe superar la resistencia a la tracción aproximada del material (1400–1600 N/mm²) cuando el resorte de platillo se encuentra en posición plana. Los resortes de platillo estándar pueden utilizarse en cargas estáticas sin realizar cálculos teóricos, siempre que la deflexión se mantenga por debajo del 75% del total.

Figura 2

Los Resortes de Platillo sometidos a cargas dinámicas pueden dividirse en dos categorías generales:

1. Vida útil limitada por fatiga, en la que los Resortes de Platillo alcanzan entre 10 000 y 2 000 000 ciclos
2. Alta vida útil a la fatiga, en la que los Resortes de Platillo son capaces de soportar más de 2 000 000 de ciclos

Los procesos como el granallado pueden utilizarse para aumentar la vida útil a la fatiga de los resortes de platillo. El granallado induce tensiones compresivas favorables en la superficie del resorte, lo que reduce la propagación de grietas.

El esfuerzo residual de tracción generado durante la fabricación se produce en el borde superior del diámetro interior del platillo, señalado como Punto 1 en la Figura 2.

Durante el funcionamiento, este esfuerzo de tracción se transforma en un esfuerzo de compresión. La vida a fatiga se reduce drásticamente debido a esta inversión de esfuerzos. Mantener el resorte de platillo bajo una precarga constante con una deflexión mínima del 15% elimina estas inversiones de esfuerzo y aumenta la vida útil del resorte de platillo.

La carga inicial del Resorte de Platillo cumple dos objetivos:

1. En los resortes de platillo sin carga, el esfuerzo residual de tracción generado durante la fabricación aparece en el Punto I mostrado en la Figura 2. Al aplicar una precarga al resorte, el esfuerzo de tracción en el Punto I se transforma en un esfuerzo de compresión. Mantener la parte superior del resorte bajo esfuerzo de compresión reduce el riesgo de propagación de grietas. La variación entre esfuerzos de tracción y compresión limita gravemente la resistencia a la fatiga del resorte de platillo. El resorte debe precargarse al menos al 15% de la deflexión total para eliminar el esfuerzo de tracción.
2. El resorte de platillo se asienta a medida que la fuerza inicial aplicada se distribuye uniformemente por la periferia del resorte. Como los resortes de disco no son 100% simétricos, se produce un ligero aumento de fuerza mientras se asientan durante la precarga. Aunque este incremento puede anticiparse, no se incluye en los cálculos de fuerza/deflexión.

Aumentar la carga final incrementa el nivel de esfuerzo en el resorte de platillo y reduce su resistencia a la fatiga. Como en cualquier componente estructural, una menor deflexión genera menores esfuerzos y una vida útil más larga. Comprimir el resorte de platillo más allá del 75% de su deflexión total lo lleva fuera de la zona lineal de la curva de rendimiento (Figura 1), y el esfuerzo puede aumentar de manera no lineal, provocando una rápida disminución de la resistencia a la fatiga. Cuanto menor sea la carga final que cumpla los requisitos de diseño, mayor será la vida a fatiga.

La vida a fatiga puede aumentarse reduciendo la deflexión del resorte de platillo. Si se requiere un mayor recorrido, los resortes de platillo pueden apilarse para proporcionar más deflexión sin incrementar el esfuerzo en cada resorte individual, lo que se traduce en una mayor vida a fatiga.

El rango de deflexión del Resorte de Platillo determina su predictibilidad y su resistencia.

En cargas estáticas, no es necesario realizar cálculos teóricos de esfuerzo siempre que la deflexión no supere el 75% de la deflexión total del resorte de platillo. Deflexiones mayores generan esfuerzos elevados que provocarán una pérdida de fuerza del resorte. Comprender cómo el rango de deflexión afecta la vida útil del resorte de platillo es fundamental para determinar su resistencia a la fatiga.

Las directrices presentadas en este documento son de carácter general; por ello, se recomienda consultar a ingenieros de aplicaciones especializados en el diseño y la especificación de resortes de platillo para garantizar que los requisitos de rendimiento se cumplan en cada ensamblaje específico.