Molas mec nicas_1

Manual molas mecanicas

1. MOLAS
MECÂNICAS
MMA –GEM23
SONIA A.G. OLIVEIRA
Capítulo 10 – Pág. 490
1

2. 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.
2

3. 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.
3

4. TIPOSDEMOLASHELICOIDAIS
4
Mola de Tração
Molas de compressão
Molas de torção

5. TIPOSDEMOLASHELICOIDAIS
5
Molas Cônica:
-Seção circular
-Seção Retangular
mola voluta

6. TIPOSDEMOLASPLANAS
6

7. TIPOSDEMOLASPLANAS
7
Mola plana simples: viga
engastada
Molas de prato: Belleville
Feixe de molas: peças planas de comprimento variável

8. 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.
8

9. TERMINOLOGIA: MOLA HELICOIDAL
D –diâmetro médio da espira
d –diâmetro do arame
p –passo da hélice
α–ângulo de hélice
N
t–número de espiras totais
9

10. ESFORÇOS INTERNOS EM MOLAS
HELICOIDAIS
10
A seção transversal do
arame suporta uma força
cortante F e um torque T

11. TENSÕES EM MOLAS HELICOIDAIS
11
Diâmetro do
arame
Diâmetro da
mola

12. TENSÕES EM MOLAS HELICOIDAIS
12

13. TENSÕES EM MOLAS HELICOIDAIS
13
Para Tem-se
Índice de mola
Fator de correção de
tensão de cisalhamento.
Aplica-se
a cargas estáticas e dinâmicas

14. 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.
14

15. EFEITO DE CURVATURA
Se o fator K
sda 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:
CC
C
K
w
615,0
44
14
+
−
−
=
34
24
−
+
=
C
C
K
B
+ usado
15

16. EFEITO DE CURVATURA
O resultado das duas equações anteriores diferem por
menos de 1%, logo o fator K
B é preferível.
Pode- se agora determinar o efeito de curvatura K
c,
separado do efeito de cisalhamento direto K
s:
s
B
c
K
K
K=
16

17. 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
17
ENERGIA DE DEFORMAÇÃO/
UNIDADE DE VOLUME

18. ENERGIADEDEFORMAÇÃO DETORÇÃO
18
L = Comprimento da
mola

19. ENERGIADEDEFORMAÇÃO DOCORTANTE
19
L = Comprimento da
mola

20. ENERGIADEDEFORMAÇÃO TOTAL
DNLπ=
432
24
d
A
d
Jππ
==
DNLπ=
Gd
DNF
Gd
NDF
U
aa
2
2
4
32
24
+=
N
a=Número de espiras ativas
Logo:
aNDLπ=
20

21. TEOREMADE CASTIGLIANO
21
F
U
y
∂
∂
=
Gd
FDN
Gd
NFD
y
aa
24
348
+=

22. DEFLEXÃOE CONSTANTEDE MOLA
22
a
ND
Gd
y
F
k
3
4
8
≈=
Gd
NFD
y
CGd
NFD
y
aa
4
3
24
38
2
1
1
8
≈





+=
Para C=D/d tem-se:
Constante de mola ou Rigidez da mola é definido
como :

23. MOLASDE COMPRESSÃO
23
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

24. MOLASDE COMPRESSÃO
24
O tipo de extremidade usada afeta o número de espiras e
o comprimento da mola (N
a=N
ro
. de espiras ativas).

25. MOLASDE 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.
25

26. ESTABILIDADE
Molas de compressão podem flambar quando a deflexão
se tornar muito grande. A deflexão crítica é dada por:
Onde λ
effé a razão efetiva de esbeltez e é dada por:
















−−=
2
'
2'
10
11
eff
cr
C
CLy
λ
D
L
eff
0
α
λ
=
26
αé uma constante que depende do
tipo de extremidade
C
1
’ e C
2
’ São constantes elásticas:
( )
EG
GE
C
GE
E
C
+
−
=
−
=
2
2
)(2
2
'
2
'
1
π

27. ESTABILIDADE
Estabilidade absoluta ocorre quando o termo C
2
’/λ
2
eff
é maior
que a unidade. Isso significa que a condição de estabilidade
absoluta é:
Para os aços :
2
1
0
2
)(2






+
−
<
EG
GED
Lα
π
α
D
L
o
63,2<
27

28. ESTABILIDADE
Constante de condição de extremidade, α:
28

29. MATERIAIS DE MOLAS
29

30. MATERIAIS DE MOLAS
Resistência mínima à tração em função do diâmetro do
arame.
mut
d
A
S=
30

31. MATERIAIS DE MOLAS
Propriedades mecânicas de alguns arames de mola.
31

32. MATERIAIS DE MOLAS
Tensões máximas admissíveis de torção para molas
helicoidais de compressão em aplicações estáticas .
32

33. EXERCÍCIO
Uma Mola helicoidal de compressão é feita de fio
musical número 16. O diâmetro Externo da mola é D
e=11
mm. As extremidades da mola são esquadradas e o
número de voltas total é doze voltas e meia (N
t=12,5).
33

34. EXERCÍCIO
a)Estimar a resistência ao escoamento (em
torção) do fio da mola: S
sy
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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35. EXERCÍCIO
f)Determinar o comprimento livre necessário
para que a mola quando comprimida até o seu
completo fechamento não sofra escoamento.
g)Verificar se o comprimento L
0pode causar
flambagem (mola fixada entre duas placas).
planas
h)
Determinar o passo da espira.
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