DEFINIÇÃO
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, podem armazenar uma grande quantidade de energia potencial elástica.
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CLASSIFICAÇÃO
Podem ser classificadas como molas de fio (ou arame), planas ou de formatos especiais.
- Mola de fio podem ser helicoidais de fio redondo ou quadrado.
- Molas planas podem ser vigas em balanço, molas de potência , molas de relógio, de prato (ou Belleville) e etc.
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TIPOS DE MOLAS HELICOIDAIS
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Mola de Tração
Molas de compressão
Molas de torção
TIPOS DE MOLAS PLANAS
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Mola plana simples: viga engastada
Molas de prato: Belleville
Feixe de molas: peças planas de comprimento variável
CARACTERÍSTICAS DAS MOLAS
A performance de uma mola é caracterizada pela relação entre a força (F) aplicada e a deflexão (Y ou δ) da mola.
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TERMINOLOGIA: MOLA HELICOIDAL
D – diâmetro médio da espirad – diâmetro do aramep – passo da héliceα – ângulo de héliceNt – número de espiras totais
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ESFORÇOS INTERNOS EM MOLAS HELICOIDAIS
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A seção transversal do arame suporta uma força cortante F e um torque T
TENSÕES EM MOLAS HELICOIDAIS
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Para Tem-se
Índice de molaFator de correção de tensão de cisalhamento.
Aplica-se a cargas estáticas e dinâmicas
EFEITO DE CURVATURA
A equação anterior baseia-se em um fio reto.
A curvatura do fio provoca uma concentração de tensão na parte interna da mola.
Esta tensão de curvatura é mais importante em fadiga, pois como as cargas são mais baixas, não ocorre o escoamento localizado.
Para carregamento estático este efeito pode ser ignorado.
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EFEITO DE CURVATURA Se o fator Ks da fórmula de tensão for substituído
por um fator que corrige a curvatura e o cisalhamento direto, pode se usar qualquer uma das equações:
Fator de Wahl:
Fator de Bergsträsser:
CCCKw
615,04414+
−−
=
3424
−+
=CCKB + usado
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EFEITO DE CURVATURA
O resultado das duas equações anteriores diferem por menos de 1%, logo o fator KB é preferível.
Pode-se agora determinar o efeito de curvatura Kc, separado do efeito de cisalhamento direto Ks:
s
Bc K
KK =
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DEFLEXÃO & RIGIDEZ As relações entre deflexão-força podem ser obtidas
a partir do teorema de Castigliano (método de energia).
A energia total de deformação de uma mola helicoidal vem de duas fontes: torção e cortante
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ENERGIA DE DEFORMAÇÃO/ UNIDADE DE VOLUME
ENERGIA DE DEFORMAÇÃO TOTAL
DNL π=
432
24 dAdJ ππ==
DNL π=
GdDNF
GdNDFU aa
2
2
4
32 24+=
Na=Número de espiras ativas
Logo:
aNDL π=
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DEFLEXÃO E CONSTANTE DE MOLA
22aNDGd
yFk 3
4
8≈=
GdNFDy
CGdNFDy aa
4
3
24
3 82
118≈
+=
Para C=D/d tem-se:
Constante de mola ou Rigidez da mola é definido como :
MOLAS DE COMPRESSÃO
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Os tipos de extremidade para molas de compressão são:
Extremidade plana, direita
Extremidade esquadrada e esmerilhada, esquerda
Extremidade esquadrada ou fechada, direita
Extremidade plana, esmerilhada, esquerda
MOLAS DE COMPRESSÃO
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O tipo de extremidade usada afeta o número de espiras e o comprimento da mola (Na=Nro. de espiras ativas).
MOLAS DE COMPRESSÃO
Remoção de deformação ou pré-ajuste é um processo usado na manufatura de molas de compressão para induzir tensões residuais úteis.
Este pré-ajuste aumenta a resistência da mola e é útil no caso de molas usadas para armazenar energia.
Este processo não deve ser usado em molas que sofrem esforços de fadiga.
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ESTABILIDADE Molas de compressão podem flambar quando a deflexão
se tornar muito grande. A deflexão crítica é dada por:
Onde λeff é a razão efetiva de esbeltez e é dada por:
−−= 2
'2'
10 11eff
crCCLyλ
DL
eff0αλ =
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α é uma constante que depende do tipo de extremidade
C1’ e C2
’ São constantes elásticas:
( )EGGEC
GEEC
+−
=−
=2
2)(2
2'2
'1
π
ESTABILIDADE
Estabilidade absoluta ocorre quando o termo C2’/λ2
eff é maior que a unidade. Isso significa que a condição de estabilidade absoluta é:
Para os aços :
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0 2)(2
+−
<EGGEDL
απ
αDLo 63,2<
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MATERIAIS DE MOLAS Tensões máximas admissíveis de torção para molas
helicoidais de compressão em aplicações estáticas .
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EXERCÍCIO
Uma Mola helicoidal de compressão é feita de fio musical número 16. O diâmetro Externo da mola é De=11 mm. As extremidades da mola são esquadradas e o número de voltas total é doze voltas e meia (Nt=12,5).
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EXERCÍCIO
a) Estimar a resistência ao escoamento (em torção) do fio da mola: Ssy
b) Estimar a carga estática correspondente à resistência de escoamento.
c) Estimar o valor da cte. de mola K em [N/mm]d) Estimar a deflexão causada pela força máx.e) Estimar o comprimento sólido da mola.
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