Mecanica

Mola

Sistema Mecânicos

Elementos de máquina

1 – Aplicação

Segundo Melconian (2008), molas são elementos de maquina, que se caracteriza por apresentar grandes deformações sem que o material ultrapasse o limite de elástico. O material empregado para a construção das molas é o aço carbono e o aço liga.

2.0 - Tipos de Mola

Segundo Melconian (2008), os tipos de molas são:

• Molas Helicoidais – utilizada em esforço de tração e compressão.

Figura 01 – Molas Helicoidais. Fonte: Melconian (2008)

• Molas Prato – são também utilizadas para cargas axiais.

Figura 02 – Molas Prato. Fonte: Melconian (2008)

• Molas de Lâmina – São utilizadas principalmente para esforços de flexão.

Figura 03 – Mola de Lâminas. Fonte: Melconian (2008)

• Molas de Torção – são utilizadas quando o esforço solicitante for de torção.

Figura 04 – Mola deTorção. Fonte: Melconian (2008)

3.0 – Dimensionamento de Molas Helicoidais

Figura 05 – Características Geométricas das Molas Helicoidais. Fonte: Melconian (2008)

Segundo Melconian (2008), para dimensionar uma mola helicoidal deve-se seguir os seguinte passo:

• Tensão Cisalhante

Onde:

= tensão cisalhante da mola (N/mm2);

F = carga axial atuante (N);

dm = diâmetro médio da mola (mm);

C = índice de curvatura;

Km = fator de Wahl;

da = diâmetro do arame (mm).

• Índice de Curvatura (C)

Onde :

C = índice de curvatura;

dm = diâmetro médio da mola (mm);

da = diâmetro do arame (mm).

Segundo Melconian (2008), a inclinação da espira, juntamente com a sua curvatura aumenta a tensão de cisalhamento, para minimizar essa tensão, são adotados para cálculos os seguintes valores de C:

- Molas de uso industrial comum 8 ≤ C ≤ 10;

- Molas de válvula e embreagens C =5.

• Fator de Wahl (km)

Onde :

C = índice de curvatura;

kw = fator de Wahl.

• Ângulo de inclinação da Espira

Onde:

P = passo das esperas (mm);

dm = diâmetro médio da mola (mm);

= ângulo de inclinação da espira (graus).

• Deflexão da Mola (flecha)

= deflexão da mola (mm);

F = carga axial atuante (N);

dm = diâmetro médio da mola (mm);

na = número de espiras ativas;

da = diâmetro do arame (mm);

G = módulo de elasticidade transversal do material (N/mm2).

• Constante Elástica da Mola (k)

Onde:

k = constante elástica da mola (N/mm2);

da = diâmetro do arame (mm);

G = módulo de elasticidade transversal do material (N/mm2);

na = número de espiras ativas;

C = índice de curvatura.

• Números de Espiras Ativas

Onde:

na = número de espiras ativas;

G = módulo de elasticidade transversal do material (N/mm2);

k = constante elástica da mola (N/mm2);

C = índice de curvatura.

• Número Total de Espiras

nt = na+ni

Onde:

nt = número total de espiras;

na = número de espiras ativas;

ni = número de espiras inativas.

OBS : o numero de espiras inativas é decorrente do tipo de extremidade da mola;

Tabela01– Tipos de extremidades das Molas Helicoidais. Fonte: Melconian (2008)

• Comprimento Mínimo da Mola ( lmin)

lmin = lf . 0,15 . max

Onde :

lmin = comprimento mínimo da mola (mm);

lf = comprimento da mola fechada (mm);

max = deflexão máxima da mola (mm).

• Passo da Mola

Segundo Melconian (2008), como a folga estabelecida por norma é 15% da deflexão por espira ativa, assim temos:

Onde:

p = passo da mola (mm);

= deflexão por espira ativa (mm);

da = diâmetro do arame (mm).

• Comprimento Máximo da Mola

lmáx = 4.dm

Onde ;

lmáx = comprimento máximo da mola;

dm = diâmetro médio da mola (mm).

• Carga Máxima com a Mola Fechada

Fmáx = carga máxima com a mola fechada (N);

max = deflexão máxima da mola (mm).

da = diâmetro do arame (mm);

G = módulo de elasticidade transversal do material (N/mm2);

na = número de espiras ativas;

C = índice de curvatura.

• Deflexão Máxima da Mola (fechada)

Onde:

max = deflexão máxima da mola (mm);

l = comprimento da mola (mm);

lf = comprimento da mola fechada (mm).

• Tensão Máxima Atuante com a Mola Fechada

Onde:

= tensão máxima atuante na mola fechada (N/mm2);

Fmáx = carga máxima com a mola fechada (N);

kw = fator de Wahl;

da = diâmetro do arame (mm).

• Tensões Admissíveis e Tensões com a Mola Fechada

6.0 – Referencias

• Melconian, S. Elementos de Máquinas.9ed. São Paulo: èrica, 2008. 376p.

Exercícios

1) – A mola Helicoidal representada na figura é de aço, possui dm = 75 mm e da = 8 mm. O número de espiras ativas é na = 17 espiras e o número total de espiras nt = 19 espiras.A carga axial a ser aplicada é de 480N.

Dados:

- material SAE 1065

- considere G = 78400 N/mm2;

- serviço médio;

-extremidade em esquadro e esmerilhada;

Determina:

• O índice de curvatura ;

• Fator de Wahl ;

• Tensão atuante de cisalhamento;

• Deflexão por espira ativa;

• Passo da mola;

• Comprimento livre da mola;

• Comprimento da mola fechada;

• Deflexão máxima da mola;

• Carga máxima atuante (mola fechada);

• Tensão máxima atuante (mola fechada)

• Deflexão da mola;

• Constante elástica da mola;

• Ângulo de inclinação da espira.

2) – A mola Helicoidal representada na figura é de aço, possui dm = 52 mm e da = 5.6 mm. O número de espiras ativas é na = 16 espiras e o número total de espiras nt = 18 espiras.A carga axial a ser aplicada é de 360N.