Molas Mecânicas Ramiro Brito Willmersdorf 1º Semestre 2013 1/84
Introdução Dispositivos mecânicos para introduzir flexibilidade controlada. 2/84
Tipos de Molas Fios Helicoidais Fio redondo e Fio quadrada Planas Em balanço Elípticas Enroladas Formatos Especiais 3/84
Helicoidais 4/84
Planas Belleville 5/84
Planas Enroladas 6/84
Planas Elípticas 7/84
Tensões em Molas Helicoidais Em compressão; Fio redondo; D: diâmetro médio da espiral; d: diâmetro do fio; 8/84
Tensão Máxima A tensão máxima ocorre para a fibra interna; 9/84
Índice de Mola O índice de mola é uma medida da curvatura da espiral A tensão máxima fica: 10/84
Efeito da Curvatura Equação para fio reto! Fator que corrige cisalhamento e curvatura: A diferença é desprezível na prática. 11/84
Deflexão de Molas Helicoidais Energia de deformação 12/84
Constante de Mola Helicoidal Teorema de Castigliano v 13/84
Molas de Compressão 14/84
Molas de Compressão 15/84
Pré Ajuste Induzir tensões residuais, contrárias à tensão máxima; Causa escoamento do material da mola; Aumenta a resistência da mola; Não deve ser usada quando fadiga é possível; 16/84
Estabilidade Colunas esbeltas falha por flambagem! 17/84
Condição de Extremidade 18/84
Estabilidade Absoluta Não acontece flambagem quando 19/84
Materiais Aços carbono Ligas de Níquel Aços liga Plásticos Aços resistentes à corrosão Etc... Bronze-fósforo Latão de mola Cobre ao berílio 20/84
Materiais 21/84
Materiais 22/84
Materiais 23/84
Materiais 24/84
Materiais 25/84
Resistência Última à Tração A resistência a tração dos fios depende do material e do processamento; Resistência última à tração (Tab. 10-4): 26/84
Resitência Última à Tração 27/84
Resistência à Torção Resistência ao escoamento entre 60% a 90% da resistência última à tração, Da teoria da energia de distorção, 28/84
Resistência à Torção e Tração Obs: Tração e Torção Trocadas! 29/84
Resitência à Torção e Tração Obs: Tração e Torção Trocadas! 30/84
Resistência à Torção (%) 31/84
Linearidade Linearidade depende das espiras não encostarem! Pode-se desejar isto para aplicações especiais! Perto das extremidades há desvio da linearidade; Perto do fechamento as espiras começam a encostar; 32/84
Linearidade Idealmente Na forma de igualdade 33/84
Projeto de Molas Carga Estática Recomendações de projeto 34/84
Roteiro de Projeto Escolher material (aço estirado); Diâmetro do fio; Calcular parâmetros de projeto; 35/84
Cálculo de Tensões 36/84
Roteiro de Projeto 37/84
38/84
Projeto Dinâmico 39/84
Equação da Onda na Mola 40/84
Frequências Naturais Para extremidades fixas. 41/84
Frequências Naturais Para uma extremidade livre. A frequência natural deve ser entre 15 a 20 vezes a frequência de operação. 42/84
Fadiga Depende da aplicação; Poucos ciclos à vida infinita; Endurecimento superficial pode melhorar a vida a fadiga; Limite de resistência à fadiga para vida infinita praticamente independe de: Tamanho, material, resistência à tração. 43/84
Limite de Resitência à Fadiga Jateatas com granalha Sem jateatamento 44/84
Critério de Falha de Gerber 45/84
Carregamento Alternado Para corpos de prova: Cilíndricos Polidos Sem entalhes Sujeitos a tensão torcional apenas A tensão alternante máxima é constante e independe da tensão média no ciclo! Critério de falha de Sines para fadiga torcional. 46/84
Carregamento Alternado Molas normalmente são montadas com pré-carga. 47/84
Carregamento Alternado Estas tensões podem ser usadas para aplicar o critério de falha de Goodman para fadiga! 48/84
Molas de Extensão Não sofrem flambagem! Não tem condições de apoio nas extremidades; Precisam de alguma terminação especial para transmitir forças; Normalmente é necessário incluir as tensões de flexão causadas por esta terminação. 49/84
Extremidades 50/84
Extremidades 51/84
Extremidades 52/84
Máxima Tensão de Tração em A 53/84
Máxima Tensão Torcional em B 54/84
Molas de Enrolamento Fechado Normalmente é usada uma pré-tensão na mola de enrolamento fechado. 55/84
Tração Inicial O intervalo aceitável para a tração inicial pode ser estimada por 56/84
Tração Inicial 57/84
Trações Máximas Admissíveis Normalmente a falha ocorre nos ganchos! 58/84
Molas de Torção Espirais Helicoidais Funcionam sob rotação da extremidade! Normalmente sem tração inicial. Normalmente usadas com haste interna. 59/84
Molas de Torção Espirais Helicoidais Funcionam à flexão, diferentemente das molas axiais; Feitas com fio de seção circular; Compradas de fornecedores; 60/84
Tolerâncias de Posicionamento 61/84
Geometria 62/84
Tensão de Flexão 63/84
Geometria O comprimento livre é dado por 64/84
Deflexão e Rigidez Pode ser dada em radianos ou voltas; Se dada em voltas, marcada com um '. 65/84
Deflexão para Viga em Balanço Esta rotação deve ser adicionada à rotação causada pelas espiras do corpo. 66/84
Energia de Deformação A energia de distorção devida a flexão é: O momento de flexão é dado por: O deslocamento da força é: 67/84
Teorema de Castigliano 68/84
Teorema de Castigliano O momento de inércia da seção é: Resolvendo, 69/84
Deflexão Total Adicionando os comprimentos livres 70/84
Rigidez O número de voltas ativas é A rigidez (por radianos) é e, em radianos 71/84
Atrito Entre as Espiras Verica-se que o atrito entre as espiras aumeta o torque necessário para fletir a mola. A rigidez corrigida é E a rotação total 72/84
Travamento da Mola É necessário evitar que a mola agarre o pino. O diâmetro da espiral deformada é 73/84
Máximo Número de Voltas Novo diâmetro interno Folga entre o corpo da mola e o pino Resolvendo para o número de voltas 74/84
Resistência Estática Usando a teoria da energia de distoçaõ máxima 75/84
Resistência à Fadiga Flexão, não se aplica Sines; Resistência tabelada Associated Spring; Flexão repetida; 76/84
Critério de Gerber 77/84
Fator de Segurança Ou, diretamente da tabela 6-7 78/84
Molas Belleville Comportamento propositalmente não linear! Extremamente compactas; Em série ou em paralelo; 79/84
Molas Belleville 80/84
Mola de Força Constante 81/84
Mola de Voluta e Cônica 82/84
Mola de Tensão Constante Para uma viga em balanço Considerando altura constante e largura variável 83/84
Deflexão 84/84