MOLAS UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA. Março, 2013 Vitória/ES

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA MOLAS Alexandre Delpupo Monfardini Camila Moura de Almeida Joyce Brunoro Thomé Renata Trevelin da Silva Talles Henrique Bone Mafort Março, 2013 Vitória/ES

2 CRONOGRAMA Definição Outras Opções de Molas Classificação Molas Volutas Aplicações Molas Tradicionais Molas Helicoidais Perfis Molas Pneumáticas Molas de Proteção Molas Hidráulicas Materiais para Molas Compressão Processos de Fabricação Tração Projeto de Fabricação Torção Inovações Tecnológicas Molas Planas Simples Prato Segurança Referências Bibliográficas Feixe de Molas Molas Espirais

3 DEFINIÇÃO Elementos que possuem elasticidade relativamente alta; Armazenam energia potencial elástica sem se deformar plasticamente; Trabalham no campo de deformação elástica. Molas diversas

4 CLASSIFICAÇÃO Lineares Deformação proporcional à carga Lei de Hooke. Não-lineares Molas duras ou molas macias. Gráfico tensão x deformação dos diferentes tipos de molas.

5 CLASSIFICAÇÃO Molas não-lineares apresentam comportamento próximo ao linear em certa faixa (faixa linear) ponto de operação. Gráfico tensão x deformação.

6 APLICAÇÕES GERAIS Armazenamento de energia: Relógios, brinquedos, válvulas de descarga, aparelhos de controle. Interior de um relógio.

7 APLICAÇÕES GERAIS Amortecimento de choques: Suspensão, para-choques de veículos, acoplamento de eixos, proteção de instrumentos sensíveis. Suspensão em veículos

8 APLICAÇÕES GERAIS Distribuição de cargas: Estofamentos de poltronas, colchões, veículos e estrados de camas. Colchão com mola

9 APLICAÇÕES GERAIS Limitação de vazão: Regular a vazão de água em válvulas e registros e a vazão de gás em bujões ou outros recipientes. Válvula

10 APLICAÇÕES GERAIS Preservação de junções ou contatos: Preservar peças articuladas, alavancas de contato, vedações e etc., que estejam em movimento ou sujeitas a desgastes. Mola de proteção.

11 Tensão Planas Helicoidais Espirais Deformação

12 MOLAS HELICOIDAIS São as mais usadas em geral. Em geral, são feitas de barra de aço enrolada em forma de hélice cilíndrica ou cônica. A barra de aço pode ter seção circular, quadrada ou retangular. São classificadas quanto à solicitação como: de compressão, tração ou torção.

13 MOLAS HELICOIDAIS - PERFIS Circulares: São os perfis mais comuns e de fabricação mais fácil. Quadrados ou Retangulares: São perfis utilizados quando o projeto dispõe de pouco espaço; Maiores custos de Fabricação; Pode suportar 1/3 mais carga que uma mola equivalente de perfil circular para uma mesma deformação. Perfil circular Perfil quadrado Perfil retangular

14 MOLAS HELICOIDAIS - COMPRESSÃO Molas Retas: Curso de deformação reduzido; Formada por espirais; Passo constante - rigidez constante em toda a extensão da mola; Passo variável mudança progressiva na rigidez da mola. Tipos de molas de compressão.

15 MOLAS HELICOIDAIS - COMPRESSÃO Molas Cônicas ou Bicônicas: Maior curso de deformação; Coeficiente de deformação quase constante; Boa estabilidade lateral (cônicas); Vibrações e Ressonância minimizadas; Alto custo de fabricação. Molas cônicas. Molas bicônicas.

16 MOLAS HELICOIDAIS - COMPRESSÃO Aplicações: Amortecedores Válvulas Alicate Colchões

17 MOLAS HELICOIDAIS - TRAÇÃO Possuem ganchos (olhais) nas extremidades; Suportam esforços axiais de tração; Apresentam tensão inicial. Molas de tração.

18 MOLAS HELICOIDAIS - TRAÇÃO Aplicações: Cama elástica Alicate de pressão

19 MOLAS HELICOIDAIS - TORÇÃO Possuem braços de alavanca nas extremidades que diferem em tamanho e ângulo formado entre eles; Suportam esforços de torção. Molas de torção.

20 MOLAS HELICOIDAIS - TORÇÃO Aplicações: Ratoeiras Pregadores de roupas Academia

21 MOLAS PLANAS São feitas em material plano ou em fita. Projetadas para receberem esforços em um só sentido As molas planas podem ser simples, prato, feixe de molas ou espiral. Feixe de molas Molas prato Molas simples

22 MOLAS PLANAS - SIMPLES Geralmente é fixa em uma extremidade e livre na outra.

23 MOLAS PLANAS - SIMPLES Aplicações: máscara de solda, bomba de sucção. Mola Plana para máscara de solda Mola plana da bomba de sucção

24 MOLAS PLANAS - PRATO Essa mola tem a forma de um tronco de cone. Em geral, as molas prato funcionam associadas entre si, empilhadas, formando colunas. Melhor solução para aplicações onde se requer cargas bastante altas em espaço confinados com pequenos deslocamentos.

25 MOLAS PLANAS - PRATO Aplicações: válvulas, conjunto de freios, tubulações, embreagens, transmissão. Mola de embreagem

26 MOLAS PLANAS PRATO Tipos de Aranjos

27 FEIXE DE MOLAS O feixe de molas é feito de diversas peças planas de comprimento variável, moldadas de maneira que fiquem retas sob a ação de uma força.

28 FEIXE DE MOLAS Aplicação: suspensão traseira de veículos. Suspensão traseira de veículo.

29 MOLAS ESPIRAIS 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.

30 MOLAS ESPIRAIS Aplicações: trenas e relógios. Mecanismo interno de um relógio Trena

31 MOLAS VOLUTAS Formadas por fios, barras ou chapas de seção retangular ou oval, enroladas em espirais cônicas ou troncocônicas. Grande capacidade de absorção de impacto em um pequeno espaço de trabalho. Compressão: alto coeficiente de amortecimento por atrito. Molas volutas de diferentes tamanhos. Compressão em mola voluta.

32 MOLAS VOLUTAS Muito utilizadas no segmento siderúrgico, minerador, metalúrgico, de indústria naval e na manutenção de equipamentos. Aplicações: forno metalúrgico, panela de indução, amortecedores ou pára-choques nos engates de vagões, em tesouras de podar, máquinas de tosquiar. Tesoura de podar.

33 MOLAS PNEUMÁTICAS Formada por um fole de material polimérico reforçado, fechado por fixações metálicas. A pressão de ar interna dos foles, exerce força de direção axial capaz de empurrar, puxar ou suportar as cargas impostas. Podem ser atuadoras ou isoladoras. Ausência de pontos de lubrificação. Baixo custo de manutenção. Molas pneumáticas.

34 MOLAS PNEUMÁTICAS Aplicações: suspensões pneumáticas reguláveis em veículos utilitários, ônibus (cabine e assento), veículos ferroviários, máquinas estacionárias; ventiladores, motores, exaustores. Chrysler Suspensão em veículo de carga.

35 MOLAS DE PROTEÇÃO Utilizadas em mangueiras e flexíveis que trabalhem muito próximo um do outro, em constante atrito com superfícies irregulares (pontas, quinas, cantoneiras), ou em atrito com superfícies lisas (chapas, chão). Aplicações: bomba de gasolina. Molas de proteção

36 MOLAS HIDRÁULICAS Sistema pinhão e cremalheira; Operação reversível; Velocidade de fechamento ajustável por meio de válvulas. Aplicações: portas. Mola hidráulica aérea

37 MATERIAIS PARA MOLAS Características necessárias para a fabricação de molas: Alta resistência à tração; Alto ponto de escoamento; Alto limite de elasticidade; Alta resistência à fadiga; Alto módulo de resiliência; Boa resistência à fluência; Resistência a corrosão e/ou a temperaturas elevadas;

38 MATERIAIS PARA MOLAS Alguns materiais que satisfazem esses critérios: Aço-carbono; Aço-liga; Aço inox; Latão para mola; Bronze fosforoso; Berílio-Cobre; Ligas de Níquel;

39 MATERIAIS PARA MOLAS A escolha do material depende por exemplo: Propriedades desejadas; Aplicações; Custo; Técnica de fabricação;

40 MATERIAIS PARA MOLAS Materiais comuns para fio de mola

41 MATERIAIS PARA MOLAS Materiais comuns para fio de mola

42 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO o Os materiais de mola podem ser conformados em barras, arames ou tiras por vários processos de conformação a quente e a frio. Molas diversas.

43 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO o Conformação a frio: Arames de mola; Molas de baixa responsabilidade; Pequenas seções; Empresa Allevard Molas

44 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO o Conformação à quente: Para molas de diâmetros maiores; O material é aquecido até se tornar mais fácil de ser trabalhado; Necessário tratamento térmico posterior; Molas de maiores responsabilidades. Fabrica de Molas Grupo Schaeffler

45 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO o Tratamentos térmicos são necessários para aliviar possíveis tensões criadas: Recozimento; Encruamento; Revenimento; Forno de Tratamento Térmico

46 PROJETO DE FABRICAÇÃO o Critérios avaliados: Solicitações (esforços, deflexões, flambagem, etc); Ambiente de trabalho (altas temperaturas, ambientes corrosivos); Freqüência de uso; Espaço disponível, peso, durabilidade. Projetos de Molas

47 Simbologia em Desenhos ABNT NBR 11145:1990 1/7

54 INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS Molas Helicoidais FRP ( composto baseado em fibra de vidro e resina epóxi) Grupo Sogefi: Redução de Peso; Maior durabilidade; Conforto, condução e manuseio; Segurança; Produção: menor quantidade de energia utilizada e menor desperdício de material. Mola tradicional (aço) x FRP

55 INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS Nanomolas: Molas com dimensões nano métricas; Produção Absorção de choques; Excelente resistência mecânica.

56 INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS Construção Civil: Utilização de amortecedores de molas; Prevenção de desastres causados por terremotos; Utilização em amortecedores de estádios de futebol. Amortecedor utilizado na Arena Grêmio

57 SEGURANÇA Defeitos observados em molas podem ser causados por: Problemas de produção; Problemas de projeto; Seleção incorreta de material para fabricação. Alguns fatores a serem observados para fabricação e utilização em serviço de molas: Limite de elasticidade; Alta resistência à fadiga; Ambiente de trabalho; Material para fabricação Custo de fabricação.

58 SEGURANÇA Defeitos em molas

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60 FABRICAÇÃO DE MOLAS AUTOMOTIVAS

61 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Projeto de Máquinas Uma Abordagem Integrada Robert L. Norton, 2ª ed, Ed. Bookman. Elementos de Máquinas - Vol I Gistav Niemann, 6ª ed, Ed. Edgard Blücher Projeto Mecânico de Elementos de Máquinas Jack A. Collin, Ed. LTC Projeto de Engenharia Mecânica Joseph E. Shigley, Charles R. Mischike, 7ª edição, Ed. Bookman Apostila Rosa Marat Mendes Escola Superior de Tecnologia IPS Disponível em acesso em 02 de março de Material fornecido pelo professor.