Molas e mancais

Não há um assunto a respeito de mancais de rolamento, pois era o assunto de outro grupo.

1. PORTO ALEGRE
2019
‘
CENTRO TÉCNICO ESTADUAL PAROBÉ
CURSO TÉCNICO EM MECÂNICA
DISCIPLINA: ELEMENTOS DE MÁQUINAS





GABRIEL SILVA OLEQUES
JULIO CESAR DOS SANTOS
LEONARDO RENATO DA SILVA LOURENCO
SANDRO MARQUES SOLIDARIO




MOLAS E MANCAIS




Professor: RONI LUIZ DE ALMEIDA

2. 2

Sumário

Introdução ................................................................................................................... 3
1 Molas .................................................................................................................... 4
1.1 Informações Técnicas Sobre Molas De Compressão .................................... 4
1.1.1 Tipos De Molas De Compressão ............................................................. 5
1.1.2 Determinando O Dimensional Da Mola De Compressão ......................... 7
1.2 Informações Técnicas Sobre Molas De Tração ............................................. 8
1.2.1 Tipos ........................................................................................................ 8
1.2.2 Dimensionando A Mola De Tração ........................................................ 11
1.3 Informações Técnicas Sobre Molas De Torção ........................................... 12
1.3.1 Dimensionando A Mola De Torção ........................................................ 13
2 Mancais .............................................................................................................. 14
2.1 Mancais De Escorregamento, Deslizamento Ou Bucha............................... 14
2.2 Mancais De Rolamento ................................................................................ 15
2.3 Mancais Hidrodinâmicos .............................................................................. 15
2.4 Mancais Hidrostáticos .................................................................................. 16
2.5 Mancais Aerostáticos ................................................................................... 16
Simbologia................................................................................................................. 18
Referências Bibliográficas ......................................................................................... 19

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Introdução

Entende-se por mola uma peça que possui flexibilidade elástica rela-
tivamente alta, isto é, que apresenta grandes deformações quando solicitada. A rigor,
no entanto, todas as peças possuem alguma flexibilidade, já que não existe o corpo
totalmente rígido. A mola opõe-se à força que a ela está aplicada, armazenando ener-
gia potencial elástica.
Mancais são importantes acessórios para todo o tipo de equipamento
mecânico, fixo ou móvel, pois sua função principal é facilitar o movimento entre parte
fixas e parte móveis. Mancais são empregados desde em motores elétricos mais sim-
ples até e aviões. Deduz-se, portanto, que os materiais para mancais variam de qua-
lidade, mas, de um modo geral, devem satisfazer a inúmeros requisitos, tanto mais
importantes quanto maiores as tensões a que estarão sujeitos. Esses requisitos são:
resistência mecânica, dureza, resistência ao desgaste, além de satisfatória resistência
à corrosão e, eventualmente, ao calor.

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1 Molas

Os elementos elásticos, chamados de molas, são todos aqueles que,
pelo formato ou instalação, proporciona movimentação dentro do campo de deforma-
ção elástica, ou seja, que se movimenta sem deformar-se permanentemente.
As molas são usadas, principalmente, nos casos de armazenamento
de energia (acionar mecanismos de relógios, de brinquedos, de retrocesso das válvu-
las de descarga e aparelhos de controle), amortecimento de choques (suspensão e
para-choques de veículos, em acoplamento de eixos, proteção de instrumentos sen-
síveis), distribuição de cargas (estofamentos de poltronas, colchões, estrados de ca-
mas, veículos), limitação de vazão (regulam a vazão
de água em válvulas e registros e a vazão de gás em bujões ou outros
recipientes), preservação de junções ou contatos (preservar peças articuladas, ala-
vancas de contato, vedações, etc. que estejam em movimento ou sujeitas aos des-
gastes).
Os elementos elásticos podem ser classificados quanto à forma geo-
métrica (helicoidais ou planas). Muitas indústrias de molas fabricam por encomenda
molas especiais, projetadas de acordo com a necessidade de fixação, espaço, etc...
Ainda que permanecendo o princípio funcional. A seleção de uma mola depende das
respectivas formas e solicitações mecânicas.

1.1 Informações Técnicas Sobre Molas De Compressão

É considerada mola helicoidal de compressão a mola que recebe a
aplicação de uma força que a comprime até uma determinada altura; após alívio dessa
carga aplicada, a mola de compressão volta a sua altura original sem deformações. É
o que chamamos de “efeito mola”. É o movimento elástico. Caso a mola não retorne
à posição original (perde altura) não pode ser considerada “mola”.

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1.1.1 Tipos de Molas De Compressão
1 Compressão Paralela: o diâmetro da mola é o mesmo nas extremidades e no
corpo da mola. É a mais comum e tem ampla aplicação.
A constante da carga desse tipo de mola não varia e a carga é proporcional a cada
milímetro. Pode ter as extremidades retificadas ou não.

2 Compressão Cônica : o diâmetro da mola é menor em uma das extremidades.
A constante da carga dessa mola aumenta conforme a mola é comprimida. Pode
ter as extremidades retificadas ou não.

3 Compressão Bi-cônica: o diâmetro da mola é menor nas extremidades, compa-
rado ao diâmetro no corpo da mola. Essa mola oferece cargas mais pesadas no
início da compressão e mais leves quando trabalha na altura do diâmetro maior
no corpo da mola. Pode ter as extremidades retificadas ou não.

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4 Compressão Convexa: o diâmetro da mola é maior nas extremidades compa-
rado ao diâmetro no corpo da mola. Pode ter as extremidades retificadas ou não.

5 Compressão Retangular: o arame usado no enrolamento dessa mola é de perfil
retangular, ou quadrado, e é usada quando se necessita de muita carga em pouco
curso de compressão.

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1.1.2 DETERMINANDO O DIMENSIONAL DA MOLA DE COMPRESSÃO

a) Sentido do enrolamento: as molas podem ter o arame enrolado no sentido
direito ou esquerdo.
b) Espiras: cada volta completa do arame é denominada de ESPIRA.
c) As espiras abertas são as ativas pois é sobre elas que é feito o trabalho.
d) As espiras fechadas não são ativas, geralmente ficam nas extremidades das
molas para manter o esquadro das mesmas. Podem existir molas com as
extremidades abertas ou fechadas.
e) Vão: é o espaço livre entre duas espiras.
f) Passo: é a distância entre o centro de duas espiras. Pode ser calculado: vão
+ 1 diâmetro do arame.
g) Altura Livre (L0): corresponde à altura da mola sem ser comprimida
h) Diâmetro externo (De): corresponde a medida do diâmetro do lado externo
da mola
i) Diâmetro médio (Dm): é a medida do diâmetro da mola medindo-se na me-
tade do arame de cada lado da mola.
j) Diâmetro interno (Di): corresponde a medida do diâmetro do lado interno da
mola
k) Altura de bloco (Lbl): é a altura obtida na compressão total da mola, quando
todas as espiras estão encostadas.
l) Curso da mola (S): é o deslocamento da mola quando sofre a aplicação de
determinada carga (P). É o quanto a mola foi comprimida.
m) Constante elástica (c): é a relação entre a carga e o deslocamento da mola
(c = P/S), por exemplo: kgf/mm
n) Altura de carga (L): é a altura da mola na carga determinada (P). É a altura
em que a mola vai trabalhar para atender a carga determinada

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1.2 INFORMAÇÕES TÉCNICAS SOBRE MOLAS DE TRAÇÃO
As molas helicoidais de tração normalmente têm ganchos nas suas
extremidades e suas espiras são encostadas. Algumas molas podem apresentar vão
entre as espiras do corpo da mola. Os ganchos podem ser chamados também de
olhais.
Os ganchos permitem tracionar a mola para atingir carga determi-
nada. Após alívio dessa carga, a mola de tração volta a sua altura original sem defor-
mações. É o que chamamos de “efeito mola”. É o movimento elástico.
Caso a mola não retorne à posição original não pode ser considerada
“mola”.
1.2.1 TIPOS
A. Tração cilíndrica: o diâmetro do corpo da mola é paralelo
Esquema da Mola de Compressão

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B. Tração cônica: o diâmetro próximo as extremidades são menores se compa-
rado ao diâmetro no corpo da mola.

1.2.1.1 TIPOS DE GANCHOS
O tipo de gancho pode ser variado, uma mesma mola pode ter um tipo de gancho
diferente em cada extremidade.
A. Gancho inglês

B. Gancho alemão

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C. Meio gancho alemão

D. Gancho alemão inteiro

E. Gancho longo

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F. Gancho Olhal Separado


1.2.1.2 POSIÇÕES DE GANCHOS
Os ganchos podem ser centrados ou laterais. Para ambos as posi-
ções mais comuns são 0
o
; 90
o
; 180
o
e 270
o
, que corresponde a posição relativa de um
gancho para o outro.

1.2.2 DIMENSIONANDO A MOLA DE TRAÇÃO
a) Sentido do enrolamento: as molas podem ter o arame enrolado no sentido
direito ou esquerdo.
b) Espiras: cada volta completa do arame é denominada de ESPIRA. Normal-
mente as espiras do corpo da mola de tração são encostadas e são as espi-
ras úteis da mola.
c) Altura Livre (L0): corresponde a altura (comprimento) da mola sem ser traci-
onada.
d) Comprimento do corpo da mola (Lk): é o comprimento da mola sem os gan-
chos.
e) Diâmetro externo (De): corresponde a medida do diâmetro do lado externo
da mola.
f) Diâmetro médio (Dm): é a medida do diâmetro da mola medindo-se na me-
tade do arame de cada lado da mola.

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g) Diâmetro interno (Di): corresponde a medida do diâmetro do lado interno da
mola.
h) Curso da mola (S): é o deslocamento da mola quando sofre a aplicação de
determinada carga (P) para tração. É o quanto a mola foi tracionada.
i) Constante elástica (c): é a relação entre a carga e o deslocamento da mola
(c = P/S), por exemplo: kgf/mm.
j) Altura de carga (L): é a altura da mola na carga determinada (P). É a altura
em que a mola vai trabalhar para atender a carga determinada.


1.3 INFORMAÇÕES TÉCNICAS SOBRE MOLAS DE TORÇÃO
São molas enroladas de forma helicoidal com hastes em suas pontas.
As hastes podem ter conformação diversa, dependendo da montagem a que foi pro-
jetada. Existem hastes retas, curvas, para dentro ou para fora da mola. As espiras da
mola podem ser encostadas umas nas outras, ou podem apresentar vão. A aplicação

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desse tipo de mola é diversa. São molas que tem a função de torcer e atender a uma
determinada carga.
Seguem alguns exemplos de molas e hastes, conforme figura:


1.3.1 DIMENSIONANDO A MOLA DE TORÇÃO
a) Sentido do enrolamento: as molas podem ter o arame enrolado no sentido
direito ou esquerdo.
b) Espiras: cada volta completa do arame é denominada de ESPIRA.
c) As espiras do corpo da mola de torção devem apresentar pequeno vão entre
elas para evitar atrito no funcionamento da mola (na torção). As vezes o es-
paço na contra peça está limitado e as espiras precisam ficar encostadas.
Nesse caso as espiras são enroladas com pouca pressão.
d) Altura Livre (Lk0): corresponde à altura (comprimento) do corpo da mola em
repouso.
e) Diâmetro externo (De): corresponde a medida do diâmetro do lado externo
da espira da mola.
f) Diâmetro médio (Dm): é a medida do diâmetro da mola medindo-se na me-
tade do arame de cada lado da mola.

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g) Diâmetro interno (Di): corresponde a medida do diâmetro do lado interno da
mola.
h) Constante elástica (c): é a relação entre a força e o deslocamento angular
da mola (torque/grau deslocado)

3 Mancais
Mancais são elementos de máquinas que sevem para apoio fixo para
eixos. Geralmente são compostos de uma estrutura de ferro fundido e bipartida (base
tampa), que encerra o casquilho, no qual gira o eixo. Existem alguns tipos de mancais,
tais como os de escorregamento, deslizamento ou bucha; rolamento; hidrodinâmicos;
hidrostáticos e aerostáticos.

1.4 Mancais de Escorregamento, Deslizamento ou Bucha

São constituídos de uma bucha fixada em um suporte e são utilizados
em máquinas pesadas e em equipamentos de baixa rotação, pois este tipo mancal
possui atrito elevado, quando comparado com os outros mancais e em altas rotações
superaqueceria. São simples de montar e desmontar, e apresentam vida útil prolon-
gada se respeitados os ciclos de lubrificação, limpeza e alinhamento.

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1.5 Mancais de Rolamento

Os mancais de rolamento são constituídos de dois anéis concêntricos
e entre esses são colocados elementos rolantes, tais como esferas, agulhas ou role-
tes. São indicados em projetos que exigem maior velocidade e menor atrito.

1.6 Mancais Hidrodinâmicos

São conjuntos mecânicos formados por um eixo e uma bucha, nos
quais o diâmetro do eixo é muito próximo diâmetro interno da bucha, de tal forma que
quando montados, a folga existente entre esses dois elementos seja muito pequena
e acomode um filme de óleo lubrificante que impeça o contato direto entre as duas

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partes durante suas operações, situação em que se atinge o regime de lubrificação
hidrodinâmica. São empregados em turbo máquinas por permitirem altas cargas em
altas velocidades. Além disso, a vida de um mancal de deslizamento, teoricamente, é
infinita, uma vez que não existe contato entre peças com movimento relativo, garan-
tindo longa continuidade operacional.

1.7 Mancais Hidrostáticos

Por apresentarem precisão extremamente alta e ser quase isento de
desgaste, são empregados em aplicações de alta precisão, como por exemplo em
máquinas de medição, máquinas de testes e máquinas ferramentas. O funcionamento
deles ocorre através de um sistema de alimentação de lubrificante com pressão ex-
terna, pressionando continuamente o lubrificante líquido através de canais de entrada
para câmaras entre as superfícies dos mancais. Desta forma, as superfícies dos man-
cais são separadas por um filme de lubrificação fino e, assim, não será gerado nenhum
atrito. Isto possibilita uma regulagem de posição de alta precisão, na faixa de sub-
micrômetros.
Ao contrário dos mancais hidrodinâmicos, nos hidrostáticos não
ocorre resistência de deslize no início ou parada do equipamento, que apesar de pe-
quenas, geram desgastes nestes produtos.

1.8 Mancais Aerostáticos

São lubrificados a filme de ar, cuja camada tem espessura entre 5 e
30 micrômetros. As superfícies deste tipo de mancais são intercaladas com camadas
de ar comprimido, que é fornecido por um ou mais bocais no mancal, que servirá para
separar as superfícies.
Estes mancais suportam altas temperaturas, quase não geram calor;
estão livres de vibrações quando comparados com outros tipos, apresentam pequeno
erro médio de giro do mancal (excentricidade), apresentam baixo ruído de operação;
o ar pode escapar para o ambiente sem perigo de contaminação, não havendo

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necessidade de equipamento auxiliar para reciclagem; fricção mínima e exatidão ele-
vada a altas e baixas velocidades; não necessitam lubrificação e não há desgaste.

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SIMBOLOGIA


∆?????? Deslocamento da mola plana
?????? ̅f Tensão admissível ou tensão de projeto das molas planas
b Largura das molas planas
C Índice de curvatura das molas
d Diâmetro do fio do arame
D Diâmetro médio da mola helicoidal
De Diâmetro externo da mola helicoidal
Di Diâmetro interno da mola helicoidal
e Espessura das molas planas
E Módulo de elasticidade longitudinal
F Força que atua nas molas
G Módulo de elasticidade transversal
K0 Constante elástica das molas helicoidais ou rate da mola
Ks Fator multiplicativo da tensão cisalhante
Lo Comprimento inicial das molas
Mf Momento de flexão nas molas planas
N Número de espiras ativas das molas helicoidais
?????? ̅?????? Número total de espiras
p Passo da mola helicoidal
T Torque aplicado as molas
V Volume das molas planas
y Flecha ou deflexão das molas
σt Tensão de trabalho, tensão num dado instante qualquer
??????̅ Tensão admissível ou tensão de projeto das molas helicoidais

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Referências Bibliográficas

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dagem Integrada. Rio de Janeiro: LTC, 2006.
COLPAERT, H. Metalografia de Produtos Siderúrgicos Comuns. São Paulo: Blucher,
2008.
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COUTINHO, T. A. Materiais e Processos I – Metalurgia Física. Unisinos, 1981.
COUTINHO, T. A. Análise e Prática Metalografia de Não-ferrosos. Edgar Blucher,
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