Elementos Elásticos. Prof. João Paulo Barbosa, M.Sc.

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1 Elementos Elásticos Prof. João Paulo Barbosa, M.Sc.

2 Introdução Ao longo da historia a mola sempre exerceu um importante papel no desenvolvimento de equipamentos que sofrem força. A mola esta presente desde de uma simples caneta, até em naves aeroespaciais, existe uma diversificada gama de formatos e composição.

3 Definição de mola Mola é um objeto e com que se dá impulso ou resistência a qualquer peça, para imprimir movimentos, amortecer embates, prender um objeto, destinada a reagir, depois de haver sido dobrada, vergada, distendida ou comprimida, apartir desta definição podemos notar a importância de tal peça para a sociedade.

4 O que é uma mola? Mola é um objeto elástico flexível usado para armazenar a energia mecânica. As molas são feitas geralmente de aço endurecido. Trata-se de um elemento único ou uma associação de elementos (sistema) capaz de assumir notáveis deformações elásticas sob a ação de forças ou momentos, e, portanto, em condições de armazenar uma grande quantidade de energia potencial elástica.

5 - Os elementos característicos das molas são a flecha, a flexibilidade e a rigidez. Flecha É a deformação sofrida pela mola sob a ação de uma determinada força, medida na direção da própria força. Tal conceito pode estender-se também a um elemento elástico sujeito a um binário, neste caso a força é substituída por um momento aplicado e a deformação retilínea pelo deslocamento angular.

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7 - Dois fatores determinam a quantidade de energia que um arco pode armazenar. O primeiro é sua força de puxada do arco, a quantidade de força necessária para armar o arco. A força de puxada de um arco aumenta conforme você vai puxando a corda.

8 O segundo fator é a distância de puxada, a distância entre a posição da corda quando relaxada e a posição quando está armada. A quantidade total de energia que um arco pode criar é aproximadamente igual à metade do produto de sua força de puxada pela distância de puxada. Ou seja, a força geral de um arco depende do quão difícil é puxar sua corda e do quanto você consegue puxar essa corda para trás.

9 Flexibilidade É a capacidade de um determinado material se tornar flexível, que se pode dobrar, curvar, etc. Teoria Fisica das Molas Na física clássica, uma mola pode ser vista como um dispositivo que armazene a energia potencial esticando as ligações entre os átomos de um material elástico.

10 A lei de Hooke da Elasticidade - Indica que a extensão de uma haste elástica (seu comprimento distendido menos seu comprimento relaxado) é linear proporcional á sua tensão e á força usada para esticá-la. - Similarmente, a contração (extensão negativa) é proporcional à compressão (tensão negativa). Esta lei relaciona-se somente quando a deformação (extensão ou contração).

11 A flexibilidade de uma mola quantificase pelo valor constante da relação entre o deslocamento, y, do ponto de aplicação da força atuante pela intensidade, P, da força atuante.

12 Rigidez Propriedade de um material, de sofrer tensões sem se deformar permanentemente. Sob tensão crescente, o material irá se deformar de forma elástica até o ponto em que se deforma permanentemente, seja de forma rúptil, seja de forma dúctil o que depende das propriedades reológicas do material e tambem das condições termodinâmicas e do tempo em que a tensão é aplicada.

13 A rigidez de uma mola, também designada por constante de mola, k, é o inverso da flexibilidade, isto é, a relação entre a intensidade da força atuante pelo deslocamento respectivo.

14 Fabricação das molas - As molas são feitas de arame geralmente com matéria prima: aço endurecido. - Trata-se de um elemento único ou uma associação de elementos (sistema) capaz de assumir notáveis deformações elásticas sob a ação de forças ou momentos, e, portanto, em condições de armazenar uma grande quantidade de energia potencial elástica.

15 As associações entre duas molas podem ser de dois tipos: em série e em paralelo.

16 Formas de uso As molas são usadas, principalmente, nos casos de armazenamento de energia, amortecimento de choques, distribuição de cargas, limitação de vazão, preservação de junções ou contatos. Com certeza, você conhece muitos casos em que se empregam molas como, por exemplo, estofamentos, fechaduras, válvulas de descarga, suspensão de automóvel, relógios, brinquedos etc.

17 Tipos de mola Os diversos tipos de molas podem ser classificados quanto à sua forma geométrica ou segundo o modo como resistem aos esforços. Quanto à forma geométrica, as molas podem ser helicoidais (forma de hélice) ou planas.

18 Quanto ao esforço que suportam, as molas podem ser de tração, de compressão ou de torção. Molas de tração São molas com a forma helicoidal em que as suas voltas são encostadas e que normalmente apresentam argolas nas extremidades. Podem ser paralelas, cónicas. A mola helicoidal de tração possui ganchos nas extremidades, além das espiras.

19 - Os ganchos são também chamados de olhais. Para a mola helicoidal de tração desempenhar sua função, deve ser esticada, aumentando seu comprimento. Em estado de repouso, ela volta ao seu comprimento normal.

20 Composição da mola de tração As molas de tração são compostas dos seguintes componentes: Analise agora as características da mola helicoidal de tração: De diâmetro externo; Di diâmetro interno; d diâmetro da seção do arame; p passo; nº número de espiras da mola. h altura das espiras

21 Molas de Compressão A mola helicoidal de compressão é formada por espirais. Quando esta mola é comprimida por alguma força, o espaço entre as espiras diminui, tornando menor o comprimento da mola.

22 Composição da mola de compressão As molas de compressão são compostas dos seguintes componentes: De: diâmetro externo; Di: diâmetro interno; H: comprimento da mola; d: diâmetro da seção do arame; p: passo da mola; nº: número de espiras da mola.

23 Mola de compressão cônica

24 Molas de torção São molas fabricadas para fazer força à torção, quase sempre trabalhando em torno de um eixo e as suas hastes podem ser direitas ou curvas. As molas de torção podem ser simples ou duplas.

25 Composição da mola de torção As molas de compressão são compostas dos seguintes componentes: De: Diâmetro externo da mola; Di: Diâmetro interno da mola; H: comprimento da mola; d: diâmetro da seção do arame; p: passo; nº: número de espiras; r: comprimento do braço de alavanca; a: ângulo entre as pontas da mola.

26 Dimensionamento das molas helicoidais No dimensionamento de uma mola há, em geral, que atender aos seguintes fatores: Permitir alojar a mola no espaço disponível. Satisfazer os requisitos de rigidez. Enquadrar os valores do deslocamento e da força máximos aos valores impostos pelo projeto. Satisfazer a condição de resistência, quer em condições estáticas quer em fadiga. Verificar que não há riscos de instabilidade no caso de molas comprimidas.

27 Molas planas As molas planas são feitas de material plano ou em fita. As molas planas podem ser simples, prato, feixe de molas e espiral.

28 Molas pratos Fabricada conforme norma DIN, atende a diversos setores, podendo ser usada para aplicações que requerem cargas bastante altas em espaços confinados com pequenos deslocamentos. É utilizada tipicamente em embreagens, transmissões, conjunto de freio, válvulas, tubulações, aplicações de engenharia pesada e aparelhos de comando elétrico. Além dos modelos comerciais, oferece opção de ser fabricada conforme especificações do cliente.

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30 Feixe de Molas Os feixes de molas tem como característica atuar como elemento elástico e estrutural nas suspensões de eixo rígido, absorvendo os movimentos de baixa freqüência e grande amplitude proporcionando conforto e estabilidade. São constituídos basicamente de barras denominadas lâminas ou folhas, unidas por um parafuso (espigão) em sua parte central com exceção as mono- laminas

31 Eles trabalham sob esforço de flexo-torção onde o esforço de flexão é predominante e acrescido de componentes de torção. Os material aplicados na confecção dos feixes de molas são aços-liga que apresentam como propriedades mecânicas alto limite de elasticidade, dureza e fadiga.

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33 As principais aplicações são : automóveis, pickups, caminhões leves, pesados e jipes. Tipos de feixes de Molas Os tipos de extremidades mais freqüentes são: Extremidade com olhete: aplicada em suspensões dianteiras e traseiras Extremidade deslizante: aplicada as suspensões de 3 eixo (tipo balancim) e veículo 6X4.

34 Os feixes de molas podem ser classificados como: Trapezoidal linear Trapezoidal com auxiliar Trapezoidal progressivo Parabólico Parabólico com duplo estágio Parabólico com auxiliar Mono-lâminas (monoleaf)

35 Molas espiral ou mola caracol A mola espiral tem a forma de espiral ou caracol. Em geral ela é feita de barra ou de lâmina com seção retangular. A mola espiral é enrolada de tal forma que todas as espiras ficam concêntricas e coplanares. Utilizadas em portas, relógios, trenas etc...

36 Componentes da mola em espiral

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