Aula Molas

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ELEMENTOS DE MÁQUINAS MOLAS

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ELEMENTOS DE MÁQUINAS

MOLAS

Molas são elementos de máquinas que se caracterizam pela

possibilidade de apresentar deformações grandes sem que o limiteelástico do material seja ultrapassado.

A maioria das molas emprega material metálico, mas outros materiaisnão metálicos como o plástico e materiais não ferrosos tem sido utilizados.

Relação força F x deformação δ

MOLAS

• O dimensionamento de molas envolve relaçõesentre forças, momentos, deflexões e tensões.

• As molas são usadas para amortecer choques,armazenar energia, manter contato entreelementos de máquinas, controlar vibrações,elementos de máquinas, controlar vibrações,realizar o controle de movimento e muitasoutras aplicações.

APLICAÇÕES

• Na construção de máquinas empregam-se,principalmente, molas helicoidais de arame deaço. São de baixo preço, de dimensionamento emontagem fáceis e podem ser aplicadas emforças de tração e de compressão.

• As molas de borracha são utilizadas em• As molas de borracha são utilizadas emfundações, especialmente como amortecedoresde vibrações e ruídos e em suspensão deveículos.

• As molas de lâmina (feixe de molas) e de barrade torção requerem espaços de pequena altura(veículos).

APLICAÇÃO: ACUMULADOR hidráulico de mola e VÁLVULAS

Mola

Limitador do curso do pistão

Pórtico de abertura

Carga e descarga

Pistão

óleo

Wear Band

Vedações

Mola

Aplicação: Válvula de sistemas fluídicos de alívio de duplo estágio

Aplicação de molas em um Mecanismo tipocame e seguidor – eixo de comando de válvulas

MOLAS HELICOIDAIS• A mola helicoidal é a mais usada em mecânica.

• As molas helicoidais podem funcionar porcompressão, por tração ou por torção.

• A mola helicoidal de tração possui ganchos nasextremidades, além das espiras. Os ganchos sãoextremidades, além das espiras. Os ganchos sãotambém chamados de olhais.

• A mola helicoidal de torção tem dois braços de alavancas, além das espiras.

Molas Helicoidais: exemplos

Mola de compressãocompressão

Mola de tração

Aplicação de molas: sistemas de amortecimento

Molas de tração

• Os ganchos, embora necessários, aumentam ocusto do produto e produzem a concentração detensão como resultado da curvatura do fio.

• Na região de curvatura acentuada do gancho aresistência do material é diminuída.resistência do material é diminuída.

• Para minimizar o problema, utiliza-se esperascom um diâmetro menor do braço da alavanca, oque conduz a um grau de tensão menor.

Molas de tração (cônicas, c e d): sujeitas a concentração de tensões de cisalhamento no gancho.

Solução:Solução:

Diminuição no diâmetro médio para redução das tensões de flexão e cisalhamento

Exemplo de mola de tração

• Molas helicoidais longas, comcomprimento livre maior que 4x o diâmetro médio, sujeitas acompressão, podem falhar porflambagem.

• Este efeito pode ser corrigidoatravés da montagem da moladentro de um tubo, lembrandoque ao ser comprimida a molaaumenta seu diâmetro externo(prever folga radial).

TIPOS DE EXTREMIDADE em molas de compressão

(a)Em ponta (b) Em ponta esmerilhada

(c) Em esquadro (d) em esquadro esmerilhada

Dependendo do tipo de extremidade, haverá uma quantidade de espiras ativas e inativas, influenciando no comprimento da mola

Molas helicoidais de Torção• São usadas em dobradiças de portas, chaves de

partida de automóveis, fechaduras, etc., na verdadeem qualquer aplicação onde haja a necessidade dese aplicar torque.

• São enroladas da mesma maneira que as molas detração e compressão, porém, têm extremidadesadequadas para transmitir torque.tração e compressão, porém, têm extremidadesadequadas para transmitir torque.

• Uma mola de torção está sujeita a ação de ummomento fletor que produz uma tensão normal noarame.

3d

rFK32

π

σ =

Equação devido à flexão:

K = fator de concentração de tensão

Molas helicoidais de Torção

Molas planas

• As molas planas são feitas de material plano ou emfita. Podem ser simples, prato, feixe de molas eespiral.

• Podem ser projetadas de modo que a tensãopermaneça constante ao longo do comprimento.

Molas Prato ou Belleville

� São um tipo de arruela utilizadas para cargas axiais, substituindo as molas helicoidais quando houver pouco espaço.

� As molas podem ser associadas em série ou paralelo.

� A associação em paralelo é a mais usada.

� Empregada em mecanismos de ação rápida

Associação de molas: finalidades

� Necessidades de grandes forças em pequenos espaços (associação em paralelo).

� Assegurar a continuidade de funcionamento, mesmo que precariamente, quando uma das molas venha a falhar.

� Necessidade de força que não varie diretamente com a deflexãodeflexão

Em paralelo Em série

Bomba hidráulica de pistões com potência constanteInício do

controle

Fim do controle

pmax.

qvmax. ; α = 1

αqv ∝

Início do controle

Fim do controle

pmax.

qvmax. ; α = 1

αqv ∝

Exemplo de aplicação de molas helicoidais

Material de fabricação

• As molas podem ser feitas com os seguintes materiais: aço,latão, cobre, bronze, borracha, madeira, etc.

• As molas de borracha e de arames de aço com pequenosdiâmetros, solicitados a tração, apresentam a vantagem deconstituírem elementos com menor peso e volume em relação àconstituírem elementos com menor peso e volume em relação àenergia armazenada.

• Para conservar certas propriedades das molas - elásticas,magnéticas; resistência ao calor e à corrosão - deve-se usaraços-liga e bronze especiais ou revestimentos de proteção.

• Os aços molas devem apresentar as seguintes características:alto limite de elasticidade, grande resistência, alto limite defadiga.

Material de fabricação

• Quando as solicitações são leves, usam-se aços-carbono -ABNT 1070 ou ABNT 1095.

• Além de 8mm de diâmetro, não são aconselháveis os aços-carbono, pois a têmpera não chega até o núcleo.carbono, pois a têmpera não chega até o núcleo.

• As molas destinadas a trabalhos em ambientes corrosivoscom grande variação de temperaturas são feitas de metalmonel (33% CU - 67% Ni) ou aço inoxidável.

• Os aços-liga apresentam a vantagem de se adequaremmelhor a qualquer temperatura, sendo particularmente úteisno caso de molas de grandes dimensões.

Exercício Resolvido: A mola helicoidal representada na Figura é de aço.

O número de espiras ativas é na = 17 e o número total de espiras nT =

19. A carga axial F = 480 N, dm = 75 mm e da = 8 mm. O material

utilizado é SAE 1065. G = 78400 N/mm2. Tipo de serviço: médio;

Extremidade em esquadro e esmerilhada.

Determinar:a. Índice de curvatura Cb. Fator de Wahl (kw)c. Tensão de cisalhamento τd. Deflexão por espira ativad. Deflexão por espira ativae. Passo da mola pf. Comprimento livre lg. Comprimento da mola fechada lf

h. Deflexão máxima da mola δmáx.

i. Carga máxima atuante Fmáx.

j. Tensão máxima τmáx.

k. Deflexão da mola δl. Constante elástica km. Ângulo de inclinação da espira λ

Referência:

MELCONIAN, S. Elementos de Máquinas. 9. ed. São Paulo: Érica,2000.