Características e Tipos de Molas em Máquinas

Molas são elementos de máquinas que se caracterizam por apresentarem grandes deformações sem que o material ultrapasse o limite elástico 101 APLICAÇÕES COMUNS 1 Armazenamento de cargas 2 Amortecimento de choques 3 Controle dos movimentos Material empregado Aço carbono e aço liga Plastiprene Tipos de solicitação As molas normalmente são submetidas a esforços de tração e compressão flexão e torção 102 TIPOS DE MOLA 1021 MOLAS HELICOIDAIS Utilizadas em esforços de tração e compressão Utilizações na prática Suspensão de automóveis Sistemas de segurança de elevadores Controle de fluxo em válvulas torneiras etc 1022 MOLAS PRATO São também utilizadas para cargas axiais substituindo as molas helicoidais quando houver pouco espaço Em que C índice de curvatura adimensional dm diâmetro médio da mola mm da diâmetro do arame mm A inclinação da espira juntamente com a sua curvatura aumenta a tensão de cisalhamento Para minimizar essa tensão são adotados para cálculo os seguintes valores de C Molas de uso industrial comum 8 C 10 a qualidade de trabalho será melhor se C 9 Molas de válvulas e embreagens C 5 Casos extremos C 3 13 Fator de Wahl kw kw fator de Wahl adimensional C índice de curvatura adimensional O termo 4C 1 4C 4 leva em consideração o aumento de tensão devido à curvatura O termo 0615 corrige o esforço cortante 14 Ângulo de inclinação da espira λ λ arc tg p πdm 12 Em que p passo das espiras mm dm diâmetro médio da mola mm λ ângulo de inclinação da espira graus 15 Deflexão da mola flecha δ 8Fd3 mna da4G 8FC3 na daG Em que δ deflexão da mola flecha mm F carga axial atuante N da diâmetro médio da mola mm na número de espiras ativas adimensional G módulo de elasticidade transversal do material Nmm² 1023 MOLAS DE LÂMINAS São utilizadas para esforços de flexão Esse tipo de mola comumente é utilizado no amortecimento de choques em ônibus automóveis caminhões etc 16 Constante elástica da mola k k F δ k daG 8C3na Em que k constante elástica da mola Nmm deflexão unitária F carga axial atuante N δ deflexão da mola flecha mm da diâmetro do arame mm G módulo de elasticidade transversal do material Nmm² C índice de curvatura da mola adimensional na número de espiras ativas adimensional 17 Número de espiras ativas na da4Gδ 8Fd3 m daGδ 8FC3 da4Gk 8C3k Em que na número de espiras ativas adimensional da diâmetro do arame mm G módulo de elasticidade transversal do material Nmm² δ deflexão da mola flecha mm C índice de curvatura da mola adimensional F carga axial atuante N dm diâmetro médio da mola mm 1024 MOLAS DE TORÇÃO São utilizadas nos casos em que há necessidade de absorver uma carga P com uma pequena deformação Utilizações na prática Fechamento automático de portas Capô de automóveis Rateiras etc MOLAS HELICOIDAIS 1 Dimensionamento 11 Tensão de cisalhamento τ kw F dm π d3a C 8 F C π d2a Em que τ tensão de cisalhamento na mola Nmm2 F carga axial atuante N dm diâmetro médio da mola mm C índice de curvatura adimensional kw fator de Wahl da diâmetro do arame mm 18 Número total de espiras nt na ni Em que nt número total de espiras adimensional na número de espiras ativas adimensional ni número de espiras inativas adimensional O número de espiras inativas é decorrente do tipo de extremidade da mola Como a folga estabelecida por norma é 15 da deflexão por espira ativa concluise que p da δ na 015 δ na Em que p passo da mola mm δ deflexão por espira ativa mm da diâmetro do arame mm 111 Comprimento máximo da mola ℓ max 4 dm Em que ℓ max comprimento máximo da mola mm dm diâmetro médio da mola mm 112 Carga máxima com a mola fechada F max δ max da G 8 C 3 na Em que F max carga máxima atuante na mola fechada N δ max deflexão máxima da mola fechada mm da diâmetro do arame mm G módulo de elasticidade transversal do material Nmm² Na número de espiras ativas adimensional C índice de curvatura da mola adimensional 113 Deflexão máxima da mola fechada δ max ℓ ℓ f Em que δ max deflexão máxima da mola mm ℓ comprimento da mola mm ℓ f comprimento da mola fechada mm 114 Tensão máxima atuante com a mola fechada τ max 8 F max C kw π d a 2 Em que τ max tensão máxima atuante mola fechada Nmm² Exercícios Resolvidos 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 480 N O material utilizado é o SAE 1065 Considere G 78400 Nmm² Serviço médio Extremidade em esquinada e esmerilhada Determinar a índice de curvatura C b fator de Wahl kw c tensão atuante de cisalhamento τ d deflexão por espira ativa δ na e passo da mola p f comprimento livre da mola ℓ g comprimento da mola fechada ℓ f h deflexão máxima da mola δ max i carga máxima atuante mola fechada F max j tensão máxima atuante mola fechada τ max k deflexão da mola δ l constante elástica da mola k m ângulo de inclinação da espira λ c Tensão de cisalhamento atuante τ τ 8 F C kw π d a 2 F max 98 78400 δ max 8 9375 17 F max 549 N j Tensão máxima atuante mola fechada τ max τ max 8 F max C kw π d a 2 τ max 8 549 9375 1155 π 8 2 τ max 237 Nmm² Como a τ max 237 Nmm² τ 630 Nmm² concluise que a mola encontrase superdimensionada tabela da página 189 k Deflexão da mola δ Como a deflexão por espira ativa é δ na 504 mm temse então que δ 504 na δ 504 17 δ 857 mm l Constante elástica da mola k k F δ k 480 85 k 565 Nmm m Ângulo de inclinação da espira λ λ arc tg p π d m λ arc tg 138 π 75 λ 321 Como λ 12 o ângulo de inclinação da espira está correto A mola helicoidal de aço representada na figura possui diâmetro médio dm 52 mm e diâmetro do arame da 56 mm o número de espiras ativas é na 16 espiras e o número total de espiras é nt 18 espiras A carga axial que atua na mola é F 360 N O material da mola é o SAE 1065 Considerar Gapo 78400 Nmm² Extremidade em esquadro Serviço médio Determinar a índice de curvatura C b fator de Wahl kw c tensão de cisalhamento atuante τ d deflexão por espira ativa δna e passo da mola p f comprimento livre da mola ℓ g comprimento da mola fechada ℓf h deflexão máxima da mola δmáx i carga máxima atuante com a mola fechada Fmáx j tensão máxima atuante com a mola fechada τmáx k deflexão da mola δ l constante elástica da mola k m ângulo de inclinação da espira λ Resolução a Índice de curvatura C C dmda 5256 C 929 b Fator de Wahl kw kw 4C 1 4C 4 4 929 1 4 929 kw 1156 c Tensão de cisalhamento atuante na mola τ τ 8FCkw πda² 83609291156 π562 τ 314 Nmm² Como a tensão admissível para SAE 1065 serviço médio é τ 520 Nmm² da 56 mm concluise que τ τ portanto a mola está correta na condição livre ver tabela da página 189 d Deflexão por espira ativa δna δna 8FC³ da³G 8360929³ 5678400 δna 526 mm espira ativa e Passo da mola p p da 015 δna 56 526 015 526 p 1165 mm f Comprimento livre da mola ℓ Como a mola é em esquadro o comprimento livre é dado por ℓ p na 3da página 182 ℓ 1165 16 356 ℓ 2032 mm g Comprimento da mola fechada ℓf Mola em esquadro encontrase na página 182 ℓf da 3na 3 ℓf 56 5616 3 ℓf 1064 mm h Deflexão máxima da mola δmáx δmáx ℓ ℓf ℓf 2032 1064 δmáx 968 mm i Carga máxima atuante com a mola fechada Fmáx Fmáx δmáxdaG 8C³na 9685678400 8929³16 Fmáx 414 N j Tensão máxima atuante com a mola fechada τmáx τmáx 8FmáxCkw πda² 84149291156 π562 τmáx 361 Nmm² Como a tensão máxima atuante com a mola fechada é τmáx 361 Nmm² e a tensão admissível indicada na tabela é τmáx 640 Nmm² pois o material é o SAE 1065 o serviço é considerado médio e o diâmetro do arame da 56 mm portanto a mola encontrase superdimensionada pois τmáx τ página 189 Exercícios Propostos 1 Dimensionar uma mola helicoidal de aço para que suporte com segurança a carga axial F 480 N Por limitação de espaço o diâmetro médio da mola fica estabelecido em dm 50 mm Considere Serviço leve Extremidade em esquadro e esmerilhada Material a ser utilizado SAE 1065 Módulo de elasticidade transversal do aço Gapo 78400 Nmm² Índice de curvatura C 10 Respostas da 5 mm kw 1145 τ 560 Nmm² δna 98 mm espira ativa p 1627 mm ℓmáx 200 mm na 11 espiras nt 13 espiras ℓ 189 mm ℓf 65 mm λ 5 55 δmáx 124 mm Fmáx 552 N τmáx 644 Nmm² δ 1078 mm k 445 Nmm 2 Dimensionar a mola helicoidal de aço SAE 1065 para que possa suportar uma carga axial F 900 N A tensão admissível de cisalhamento indicada é τ 500 Nmm² Considere C 10 índice de curvatura Gapo 78400 Nmm² Mola em esquadro Respostas kw 114 da 8 mm dm 80 mm δna 1148 mm espira ativa p 212 mm ℓmáx 320 mm na 14 espiras nt 16 espiras ℓf 136 mm λ 4 50 δ 16072 mm k 56 Nmm Fmáx 1030 N τmáx 467 Nmm² Tensões Admissíveis e Tensão com a Mola Fechada Aço CromoVanádio ASTM A231 SAE 6150 Mola Fechada Serviço L Nmm² M Nmm² P Nmm² 1050 910 740 630 700 950 840 710 670 630 560 980 820 760 710 610 560 875 740 680 650 570 550 840 740 670 640 560 560 770 670 600 560 520 490 580 500 450 420 390 360 360 1150 1000 920 860 980 820 760 710 640 600 560 600 540 510 700 600 540 510 Recomendações para utilizar a tabela anterior 1 Este é o melhor material para molas pequenas Não deve ser empregado em baixas temperaturas abaixo de 15C nem em altas acima de 120C Dureza recomendada 42 a 46 Rockwell C Características E 210000Nmm² G 84000Nmm² γ 785Ndm³ σr 2000Nmm² 2 Para uso geral este é o material mais empregado Pode ser usado até 200C sendo mais empregado nos diâmetros de 3 a 12mm Dureza recomendada 42 a 46 Rockwell C Características E 210000Nmm² G 78400Nmm² γ 785Ndm³ σr 1800Nmm² σe 1000Nmm² 3 Muito empregado pela boa resistência à fadiga que apresenta Pode trabalhar em temperaturas até 215C Dureza recomendada de 43 a 49 Rockwell C Características E 210000Nmm² G 78400Nmm² γ 785Ndm³ σr 1700Nmm² σe 1330Nmm² Diâmetros de arames e barras normalizados DIN 2076 2077 Diâmetros Normalizados d mm 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 110 120 130 140 160 180 200 225 250 280 320 360 400 450 500