ELEMENTOS DE MÁQUINAS
MOLAS
Molas são elementos de máquinas que se caracterizam pela
possibilidade de apresentar deformações grandes sem que o limite
elástico do material seja ultrapassado.
A maioria das molas emprega material metálico, mas outros materiais
não metálicos como o plástico e materiais não ferrosos tem sido utilizados.
Relação força F x deformação δ
MOLAS
• O dimensionamento de molas envolve relações
entre forças, momentos, deflexões e tensões.
• As molas são usadas para amortecer choques,
armazenar energia, manter contato entre
elementos de máquinas, controlar vibrações,
realizar o controle de movimento e muitas
outras aplicações.
APLICAÇÕES
• Na construção de máquinas empregam-se,
principalmente, molas helicoidais de arame de
aço. São de baixo preço, de dimensionamento e
montagem fáceis e podem ser aplicadas em
forças de tração e de compressão.
• As molas de borracha são utilizadas em
fundações, especialmente como amortecedores
de vibrações e ruídos e em suspensão de
veículos.
• As molas de lâmina (feixe de molas) e de barra
de torção requerem espaços de pequena altura
(veículos).
APLICAÇÃO: ACUMULADOR hidráulico de
mola e VÁLVULAS
Pórtico de abertura
Limitador do curso
do pistão
Mola
Pistão
Wear Band
Vedações
óleo
Carga e descarga
Aplicação: Válvula de sistemas fluídicos de
alívio de duplo estágio
Aplicação de molas em um Mecanismo tipo
came e seguidor – eixo de comando de válvulas
MOLAS HELICOIDAIS
• A mola helicoidal é a mais usada em mecânica.
• As molas helicoidais podem funcionar
compressão, por tração ou por torção.
por
• A mola helicoidal de tração possui ganchos nas
extremidades, além das espiras. Os ganchos são
também chamados de olhais.
• A mola helicoidal de
torção tem dois braços de
alavancas, além das
espiras.
Molas Helicoidais: exemplos
Mola de
compressão
Mola de tração
Aplicação de molas:
sistemas de
amortecimento
Molas de tração
• Os ganchos, embora necessários, aumentam o
custo do produto e produzem a concentração de
tensão como resultado da curvatura do fio.
• Na região de curvatura acentuada do gancho a
resistência do material é diminuída.
• Para minimizar o problema, utiliza-se esperas
com um diâmetro menor do braço da alavanca, o
que conduz a um grau de tensão menor.
Molas de tração
(cônicas, c e d):
sujeitas a
concentração de
tensões de
cisalhamento no
gancho.
Solução:
Diminuição no
diâmetro médio para
redução das tensões
de flexão e
cisalhamento
Exemplo de mola de
tração
• Molas helicoidais longas, com
comprimento livre maior que 4
x o diâmetro médio, sujeitas a
compressão, podem falhar por
flambagem.
• Este efeito pode ser corrigido
através da montagem da mola
dentro de um tubo, lembrando
que ao ser comprimida a mola
aumenta 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 verdade
em qualquer aplicação onde haja a necessidade de
se aplicar torque.
• São enroladas da mesma maneira que as molas de
tração e compressão, porém, têm extremidades
adequadas para transmitir torque.
• Uma mola de torção está sujeita a ação de um
momento fletor que produz uma tensão normal no
arame.
Equação devido à flexão:
K = fator de concentração de
tensão
32 K F r
σ=
π d3
Molas helicoidais de Torção
Molas planas
• As molas planas são feitas de material plano ou em
fita. Podem ser simples, prato, feixe de molas e
espiral.
• Podem ser projetadas de modo que a tensão
permaneça 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
deflexão
Em paralelo
Em série
Fim do
controle
qvmax. ; α = 1
qv ∝ α
Início do
controle
pmax.
Exemplo de
aplicação de
molas helicoidais
Bomba hidráulica
de pistões com
potência
constante
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 pequenos
diâmetros, solicitados a tração, apresentam a vantagem de
constituírem elementos com menor peso e volume em relação à
energia armazenada.
• Para conservar certas propriedades das molas - elásticas,
magnéticas; resistência ao calor e à corrosão - deve-se usar
aços-liga e bronze especiais ou revestimentos de proteção.
• Os aços molas devem apresentar as seguintes características:
alto limite de elasticidade, grande resistência, alto limite de
fadiga.
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 açoscarbono, pois a têmpera não chega até o núcleo.
• As molas destinadas a trabalhos em ambientes corrosivos
com grande variação de temperaturas são feitas de metal
monel (33% CU - 67% Ni) ou aço inoxidável.
• Os aços-liga apresentam a vantagem de se adequarem
melhor a qualquer temperatura, sendo particularmente úteis
no 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 C
b. Fator de Wahl (kw)
c. Tensão de cisalhamento τ
d. Deflexão por espira ativa
e. Passo da mola p
f. Comprimento livre l
g. Comprimento da mola fechada lf
h. Deflexão máxima da mola δmáx.
i. Carga máxima atuante Fmáx.
j. Tensão máxima τmáx.
k. Deflexão da mola δ
l. Constante elástica k
m. Ângulo de inclinação da espira λ
Referência:
MELCONIAN, S. Elementos de Máquinas. 9. ed. São Paulo: Érica,
2000.