Ensayos de muelles

Máquinas de ensayo para pruebas de muelles

Los muelles almacenan y liberan energía mecánica, absorben impactos, controlan fuerzas y mantienen precargas en una infinidad de sistemas mecánicos y electromecánicos: desde las suspensiones de los vehículos hasta los dispositivos médicos, pasando por la maquinaria industrial y los electrodomésticos. Dado que su funcionamiento depende de la repetibilidad de su comportamiento elástico, incluso pequeñas variaciones en la geometría o el material pueden alterar su curva fuerza-desplazamiento y reducir su vida útil.

Los ensayos de muelles son necesarios para comprobar sus prestaciones cualitativas y garantizar que cumplen las especificaciones de diseño antes de entrar en producción o en servicio. STEP Lab diseña y fabrica máquinas eléctricas para ensayos de caracterización, compresión y fatiga de muelles helicoidales, muelles de copa y otros tipos utilizados en los sectores de la automoción, los deportes de motor, la industria y la investigación.

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Caratterizzazione molle

ENSAYOS DE MUELLES: QUÉ PRUEBAS SE REALIZAN

Misurazioni su molle
Caratterizzazione molle

En función de la aplicación y de la certificación requerida, los ensayos de los muelles pueden incluir:

  • Caracterización del muelle (curva fuerza-desplazamiento): el ensayo fundamental para cualquier muelle: mide la fuerza en función del desplazamiento para determinar la rigidez (constante elástica), la longitud libre, la longitud comprimida y la fuerza comprimida.
  • Ensayo de compresión: Carga axial sobre resortes de compresión (helicoidales, de copa, ondulados) hasta la longitud de trabajo o hasta el paquete, comprobando que los valores de fuerza se encuentren dentro de la tolerancia especificada para cada longitud de referencia.
  • Ensayo de tracción: carga axial sobre resortes de extensión para comprobar la curva fuerza-alargamiento y la integridad de los ganchos y ojales bajo carga.
  • Ensayo de torsión: se aplica a los resortes de torsión para medir el par en función del desplazamiento angular.
  • Ensayo de fatiga / durabilidad: carga cíclica durante miles o millones de ciclos, para comprobar que el muelle mantenga su curva característica durante toda su vida útil prevista, sin grietas, deformaciones permanentes ni pérdida de fuerza (relajación).
  • Protocolos de ensayo personalizados: Muchos sectores requieren secuencias de ensayo que combinen varios de los ensayos mencionados anteriormente o que reproduzcan un ciclo de uso específico. STEP Lab diseña equipos a medida en función de la aplicación del cliente y de la norma aplicable (ISO, ASTM, EN o especificaciones internas de los fabricantes de equipos originales).

TIPOS DE MUELLES

Los muelles se clasifican según su geometría y según la forma en que almacenan o liberan energía. Los tipos más comunes son:

  • Muelles helicoidales de compresión: muelles de alambre enrollado de forma cilíndrica o cónica, sometidos a compresión. El tipo más extendido con diferencia y elemento central de las suspensiones de los vehículos.
  • Muelles helicoidales de extensión (tracción): Resortes enrollados diseñados para resistir una fuerza de tracción, provistos de ganchos u ojales en los extremos para la sujeción de la carga.
  • Muelles de torsión: resortes que almacenan energía mediante la rotación alrededor de su propio eje, en lugar de mediante compresión o extensión lineal; se utilizan en bisagras, palancas y mecanismos de contrapeso.
  • Muelles cónicos (Belleville): arandelas anulares de forma cónica que se deforman axialmente bajo carga. Ofrecen fuerzas elevadas en espacios axiales muy reducidos y, a menudo, se apilan en serie o en paralelo para modular la fuerza y la carrera.
  • Muelles ondulados: alambre plano con forma ondulada, capaz de ofrecer la fuerza de un muelle helicoidal en una fracción del espacio axial; se utilizan cuando la altura de instalación es limitada.
  • Muelles de gas / neumáticos: cilindros sellados que utilizan gas o aire comprimido en lugar del elemento elástico mecánico, empleados cuando se necesita una curva de fuerza controlada, regulable o amortiguada.

Cada tipo se comporta de forma diferente bajo carga y, por lo tanto, requiere una configuración de ensayo, un equipo y, en algunos casos, una norma de referencia específicos.

Pruebas en muelles helicoidales

coil spring

Los muelles helicoidales, también conocidos como muelles de compresión helicoidales, son la solución preferida en la gran mayoría de los sistemas de suspensión de los vehículos. Su diseño compacto, la posibilidad de combinarlos con un amortiguador en un único conjunto de suspensión y su favorable relación coste-rendimiento los convierten en la opción estándar, desde los turismos hasta los deportes de motor y los vehículos comerciales ligeros.

En un sistema de suspensión, el muelle helicoidal se somete a una compresión axial y, junto con el amortiguador, absorbe los impactos procedentes de la carretera y mantiene el contacto del neumático y el confort de marcha. Con el aumento del peso de los vehículos, también aumentan las cargas que debe soportar el muelle de la suspensión, lo que hace que sea cada vez más importante realizar un ensayo preciso y conforme a las normas, tanto en la fase de desarrollo como en el control de calidad durante la producción.

¿Por qué es tan importante la aplicación axial de la carga?

Debido a su geometría helicoidal, la carga aplicada a un muelle helicoidal casi nunca está perfectamente centrada en el eje geométrico: los extremos rara vez se cargan de manera uniforme, lo que genera fuerzas transversales y momentos de vuelco, además de la fuerza axial. Si no se controlan y miden correctamente, estos efectos pueden provocar un desgaste irregular, fricción y fallo prematuro de los componentes adyacentes (vástagos, alojamientos de muelles, amortiguadores).

Por ello, una máquina fiable para ensayar muelles helicoidales debe aplicar y medir la carga con precisión en el eje central, garantizar un alto grado de paralelismo entre las placas de compresión y asegurar resultados repetibles incluso en muelles con tolerancias geométricas y dimensionales muy ajustadas.

Pruebas de muelles helicoidales y amortiguadores

Dado que los muelles helicoidales suelen combinarse con un amortiguador en un único conjunto de suspensión, la caracterización del muelle se suele realizar junto con el ensayo de los amortiguadores. Los bancos de ensayo de muelle y amortiguador permiten a los fabricantes validar todo el conjunto de suspensión en condiciones realistas de carga vertical y lateral simultáneas.

SISTEMAS DE PRUEBAS DE MUELLES

Nuestras máquinas para ensayos de muelles se basan en dos tecnologías totalmente eléctricas, que se eligen en función del tipo de ensayo requerido:

  • La serie EA para ensayos estáticos, cuasiestáticos y de fatiga a baja y media frecuencia
  • La serie UD para ensayos dinámicos de alta frecuencia.
  • Para la caracterización del conjunto completo de muelle y amortiguador (strut), ofrecemos además bancos de pruebas basados en la serie LUD.

Las principales características comunes a todas nuestras máquinas son:

  • Aplicación de la fuerza sobre el eje central, para una carga uniforme y precisa incluso en muelles con tolerancias geométricas y dimensionales muy ajustadas
  • Guías para cargas laterales que absorben las fuerzas transversales generadas por la geometría helicoidal, protegiendo el sensor de carga y la estructura de la máquina
  • Células de carga multieje (hasta 6), para medir simultáneamente la fuerza axial y las componentes laterales
  • Detección automática de la rotura del muelle, con parada inmediata de la prueba y guardado de los datos hasta el momento de la rotura
  • Corrección en tiempo real de las deformaciones estructurales mediante el software TestCenter
  • Sistemas de protección contra golpes y sobrecargas para la seguridad del operario y del banco de pruebas
  • Diseño personalizado según tus necesidades, con un equipo de expertos siempre a tu disposición
  • Instalación sencilla y costes de mantenimiento prácticamente nulos
Forward Forward Serie EA Forward Forward Serie UD Forward Forward Serie LUD
electromechanical spring testing machine
electromechanical spring testing machine
electromechanical spring testing machine
linear motor-based testing machine for coil springs
linear motor-based testing machine for coil springs

EA050 PARA PRUEBAS DE MUELLES HELICOIDALES

Esta máquina se basa en el actuador EA050, con una carga dinámica de hasta 50 kN, una velocidad de ensayo de hasta 1.400 mm/s y una frecuencia máxima de 20 Hz. Una célula de carga de 6 ejes, combinada con guías integradas contra la carga lateral, mide de forma exhaustiva las fuerzas y los momentos (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz), registrando también las componentes multiaxiales generadas por la geometría helicoidal del muelle. El sistema realiza ensayos de compresión estática y dinámica, ensayos de fatiga y análisis multiaxial de las cargas laterales, con adquisición de datos y generación automática de informes mediante el software Test Center.

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