Muelles de platillo DIN 2093

Los muelles DIN 2093 son arandelas cónicas con propiedades elásticas. Son conocidos comúnmente como muelles de platillo o de disco, aunque a veces también se les denomina arandelas bellevilles. Estos muelles están fabricados según las especificaciones de la norma DIN 2093, que establece todas las características que deben cumplir estas piezas.

La principal característica de los muelles de platillo DIN 2093 es su capacidad para generar una fuerza elástica alta comparada con los muelles helicoidales tradicionales, en alojamientos comparativamente pequeños y con desplazamientos también pequeños. Estas arandelas muelle sufren deflexiones pequeñas bajo cargas grandes y la posibilidad de montarlas en serie o en paralelo nos permite conseguir mayores deflexiones y cargas.

Sus propiedades elásticas les permiten trabajar tanto en aplicaciones dinámicas como estáticas.
En la tabla de esta sección están relacionados todos los muelles de platillo estándares de nuestro catálogo, con los principales valores de cada muelle. Es posible fabricar muelles en otras dimensiones bajo demanda.

Muelle de platillo sin superficies de apoyo	Muelle de platillo con superficies de apoyo

Series

Algunos de los muelles están clasificados como A, B o C. Esta clasificación corresponde según la norma DIN 2093 a una relación concreta entre el diámetro exterior del muelle de platillo y el espesor del mismo, que de tal forma establece las tres series para cada medida estándar:

• Serie A : De/t ≈ 18; muelles de fuerza alta
• Serie B : De/t ≈ 28; muelles de fuerza media
• Serie C : De/t ≈ 40; muelles de fuerza baja

De esta manera para cada diámetro exterior de los muelles definidos según norma, existen tres versiones de ese muelle con diferente fuerza. Por esta razón es habitual referirse a estos muelles estándar mediante la letra y el diámetro exterior (por ej: A-50 o B-71). Además de las tres series, para un diámetro concreto es posible fabricar otros espesores, que aunque cumplen también con la norma, no se corresponden a ninguna de las tres series.

Superficies de apoyo

La norma DIN 2093 recomienda en aquellos discos cuyo espesor sea superior a 6 mm, que sea fabricado con superficies de apoyo. Las superficies de apoyo aumentan la zona de contacto entre los platillos ayudando así a la distribución de tensiones. En los muelles con superficies de apoyo debemos tener en cuenta el espesor reducido (t’), que habitualmente suele ser diferente del espesor teórico (t). Esto es especialmente importante, en el momento de diseñar un apilamiento con estos muelles, ya que puede afectar a la altura total del apilamiento (apilamientos en paralelo).

Podemos observar en el catálogo de producto, que en algunos casos es posible encontrar el mismo muelle de platillo con y sin superficies de apoyo. En muchos casos ambos muelles pueden realizar satisfactoriamente la misma tarea. Sin embargo, dependiendo de la aplicación y la forma en la que lo vayamos a usar, puede ser más conveniente usar uno que otro.

Apilamientos en serie y paralelo

Los muelles de platillo pueden apilarse de formas diversas, consiguiendo de esa manera muelles con las características de fuerza y desplazamiento que podamos precisar. Hay dos formas de apilamiento:

• Apilamiento en serie: En este caso los muelles se colocan contrapeados. Con este tipo de apilamiento mantenemos la fuerza que nos daría una sola pieza, pero incrementamos el desplazamiento de forma directamente proporcional al número de muelles que empleemos en él.
• Apilamiento en paralelo: Para este tipo de apilamiento, se colocan los muelles en la misma dirección. El resultado es un muelle con el mismo desplazamiento que el de una sola pieza, pero en el que la fuerza aumenta proporcionalmente al número de muelles que lo componen. En este tipo de apilamientos, debe tenerse en cuenta la perdida de fuerza debida al rozamiento producido entre las piezas.Finalmente, también es posible realizar apilamientos con arandelas de diferentes espesores, o con combinaciones de muelles en paralelo en diferente cantidad. De esta forma conseguiremos muelles cuya curva fuerza vs desplazamiento estará compuesta por tramos de diferente rigidez. Esto es así ya que los muelles de menor espesor y que por tanto ofrecen una menor resistencia a la carga aplicada, serán los que primero se desplazarán hasta el aplanamiento; luego serán los de mayor espesor los que al oponer una mayor resistencia, provocarán a partir de ese punto un incremento en la fuerza necesaria para obtener un desplazamiento equivalente.

El correcto funcionamiento de un apilamiento de muelles de platillo, depende en gran medida de su correcto montaje. La histéresis o fricciones que se produce entre las piezas y entre las mismas y los sistemas de guiado del apilamiento pueden alterar la curva de fuerza y desplazamiento.

Mediante el programa de cálculo, que se puede encontrar en el apartado PROGRAMA DE CALCULO del menú, es posible realizar cálculos sobre apilamientos.

Es posible realizar apilamientos combinados serie y paralelo. Esto nos da, obviamente, muelles cuya fuerza será la resultante de multiplicar por el número de piezas colocadas en paralelo y con un recorrido total que vendrá dado del número de grupos de piezas (las situadas en paralelo), que apilemos en serie. En estos resultados teóricos siempre hay que efectuar la pertinente corrección debida a la histéresis

Guiado y lubricación

El correcto funcionamiento de un apilamiento de muelles de platillo, depende en gran medida de su correcto montaje. La histéresis o fricciones que se produce entre las piezas y entre las mismas y los sistemas de guiado del apilamiento pueden alterar la curva de fuerza y desplazamiento.

El guiado de un apilamiento de muelles de platillo más común es a través de su diámetro interno, realizado mediante un eje interior a las piezas. También es posible realizar un guiado externo mediante un casquillo u otra forma de fijación de los muelles. Tanto en un caso como en otro, es importante respetar las tolerancias recomendadas en DIN 2093 que figuran en la siguiente tabla:

En los elementos de guiado las superficies que harán contacto con la pieza deben haber sido pulidas y endurecidas al menos a 55 HRC en una profundidad de 0,80 mm.

En apilamientos largos, puede ser necesario la introducción de discos separadores que eviten el efecto de pandeo que de otra manera se produciría aumentando la fricción.

Es imprescindible usar una correcta lubricación tanto para el contacto de las piezas con el guiado, como entre las mismas. Dependiendo del entorno de trabajo, son diversas las formas de lubricación más adecuadas. Podemos usar aceites, grasas, pastas que contienen bisulfuro de molibdeno u otros lubricantes según necesidad.

En casos en los que la fricción producida en el guiado pueda ser crítica para la aplicación, existe la posibilidad de realizar guiados especiales mediante anillos o bolas situados entre las piezas. Para realizar este tipo de guiado es necesario mecanizar las piezas para poder insertar los elementos de guiado. Mediante estos sistemas es posible reducir la fricción aunque de ninguna manera se podrá eliminar totalmente.

Fatiga y relajación

Los muelles de platillo al ser flexionados, soportan un cierto nivel de tensiones, que es más elevado en algunos de los puntos de su geometría, que en otros. Esto es debido a la deformación que sufren al actuar como muelle. Dependiendo del nivel de tensiones al que sometamos la pieza y al número de ciclos de trabajo que soporte la misma, el muelle irá acumulando un nivel de fatiga, hasta el punto de rotura, que determinará la vida útil del apilamiento.

No es posible prever con exactitud la fatiga, puesto que depende de muchos factores. Sin embargo, en base al desplazamiento que sufra la pieza, los puntos de origen y final de dicho recorrido, es posible realizar una aproximación al número de ciclos que podrá soportar este muelle. La mayor utilidad de este tipo de cálculos viene dada cuando debemos escoger entre dos o más configuraciones de apilamiento de muelles de platillo para seleccionar cual es la idónea en una aplicación.

Las recomendaciones básicas para alargar la vida de un apilamiento, son que éste tenga un pre-tensado como mínimo del 15% de su recorrido y que al aplicarle la carga dinámica no vaya más allá del 75% del mismo.

Al analizar la fatiga hay que resaltar la importancia que tiene para ello el tipo de acero y tratamiento térmico que se usó al fabricar la pieza. El austenizado es uno de los tratamientos que mejores cualidades elásticas le da al muelle de platillo. Sin embargo el templado y revenido usado junto con el “shot peening” también presenta unos excelentes resultados.

Finalmente es importante resaltar que cualquier muelle de platillo sometido a una carga constante de compresión por un periodo prolongado sufrirá una relajación con el transcurso del tiempo, lo que redundará en una disminución de fuerza del mismo. Para minimizar esta relajación, los muelles de platillo en su proceso de fabricación son sometidos a un proceso de pre-setting, tal como marca la norma DIN 2093. En este proceso son aplanados totalmente y descartados, aquellos que no son capaces de recuperar totalmente su altura inicial.

La relajación, al igual que la fatiga, no es posible determinarla con exactitud, salvo en la práctica, ya que la misma depende de muchos factores que van desde la temperatura a las dimensiones del muelle, el nivel de compresión y por supuesto el tiempo. Sin embargo podemos considerar como aproximación que un apilamiento tiende a perder un 5% de su fuerza en las dos primeras semanas de su montaje, a partir de ese momento debe estabilizarse siendo despreciable la perdida de fuerza a partir de entonces.
Si desea conocer más datos de estos muelles puede hacerlo en: Muelles de platillo DIN 2093

Definiciones de muelles de platillo:

De: Diámetro externo
Di: Diámetro interno
t: Espesor del material del muelle
t’: Espesor reducido del material del muelle para muelles de disco con superficies de apoyo
ho: Máxima deflexión del muelle
lo: Altura total del muelle (lo = t + ho) o para muelles con superficies de apoyo (lo = t’ + ho)
F(0,75 ho): Fuerza en Newtons que devuelve el muelle al 75% de su desplazamiento o flexión

+ DESCARGAR CATÁLOGO PDF

Catálogo