Calcula la rigidez del muelle k = Gd⁴/(8D³Na), la deflexión, el índice del muelle, la tensión cortante corregida por Wahl y la altura de bloque de un muelle helicoidal de compresión de alambre redondo.
Introduce el diámetro del alambre, el diámetro medio de la espira, las espiras activas, el material y la fuerza para la rigidez, la deflexión y la tensión.
Acerca de esta herramienta
La Calculadora de muelle helicoidal de compresión es una herramienta gratuita en el navegador que calcula las propiedades mecánicas de un muelle helicoidal de compresión de alambre redondo a partir de su geometría y material. Devuelve la rigidez del muelle k = G·d⁴/(8·D³·Na), la deflexión bajo una fuerza dada, el índice del muelle, la tensión cortante corregida por Wahl y la altura de bloque. Introduce el diámetro del alambre d, el diámetro medio de la espira D, el número de espiras activas Na y la fuerza aplicada F. Todo se calcula localmente en tu navegador.
La rigidez es k = G·d⁴/(8·D³·Na), donde G es el módulo de cortante del material: el alambre de piano es de unos 79,3 GPa y el acero inoxidable de unos 69 GPa, o puedes introducir un valor personalizado. La deflexión se obtiene de la ley de Hooke como x = F/k. El índice del muelle C = D/d describe las proporciones de la espira, y el factor de corrección de Wahl Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0,615/C tiene en cuenta la tensión extra en la superficie interior de la espira, dando la tensión cortante máxima τ = Kw·8·F·D/(π·d³). Si introduces el número total de espiras Nt, la altura de bloque (totalmente comprimido) es Ls = d·Nt. Trabaja en SI (mm, N) con la rigidez en N/mm y la tensión en MPa, o imperial (in, lbf) con la rigidez en lbf/in y la tensión en psi.
Como ejemplo resuelto, un muelle de alambre de piano (G = 79,3 GPa) con d = 2 mm, D = 15 mm y Na = 8 espiras activas tiene una rigidez k = 79.300 × 2⁴ / (8 × 15³ × 8) ≈ 5,87 N/mm, así que una fuerza de 50 N lo comprime unos 8,5 mm. Su índice C = 7,5 da un factor de Wahl cercano a 1,20 y una tensión cortante corregida de aproximadamente 285 MPa. Mantén la tensión de trabajo dentro de la admisible del material para evitar deformación permanente y fatiga.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la rigidez del muelle?
La rigidez de un muelle helicoidal de compresión de alambre redondo es k = G·d⁴/(8·D³·Na), donde G es el módulo de cortante, d el diámetro del alambre, D el diámetro medio de la espira y Na el número de espiras activas. Como la rigidez escala con d⁴ e inversamente con D³, pequeños cambios en el diámetro del alambre o de la espira desplazan la rigidez bruscamente.
¿Qué son el índice del muelle y el factor de Wahl?
El índice del muelle C = D/d es la relación entre el diámetro medio de la espira y el diámetro del alambre, típicamente 4-12. La corrección de Wahl Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0,615/C aumenta la tensión cortante nominal para tener en cuenta la curvatura y el cortante directo en la superficie interior de la espira, dando τ = Kw·8·F·D/(π·d³).
¿Qué módulo de cortante debo usar?
Usa el módulo de cortante del material G: unos 79,3 GPa (11,5 Mpsi) para alambre de piano y acero al carbono estirado en frío, y unos 69 GPa (10 Mpsi) para inoxidable 302/304. Elige el preajuste que coincida con tu alambre, o elige personalizado e introduce G en GPa para otras aleaciones.
¿Qué es la altura de bloque?
La altura de bloque Ls es la longitud del muelle cuando está totalmente comprimido de modo que las espiras se tocan, calculada aquí como Ls = d·Nt a partir del diámetro del alambre y el número total de espiras Nt. Fija la longitud mínima y la deflexión máxima utilizable; el muelle nunca debe comprimirse por debajo de su altura de bloque en servicio.