INSTITUTO FEDERAL MINAS GERAIS - CAMPUS BAMBUÍ Curso Superior Engenharia de Produção
ELEMENTOS DE MÁQUINAS: MOLAS
Jorge Luiz Martins de Morais
BAMBUÍ - MG 2013
SUMÁRIO
1 MOLAS...03
2 MOLAS HELICOIDAIS...03
2.1 Características das molas helicoidais...06
2.2 Características da mola helicoidal de tração...06
2.3 Características de dois tipos de molas cônicas...07
2. Características da mola helicoidal de torção...07
3 MOLAS PLANAS ...08
3.1 Representações das molas em desenho técnico...10
3.2 Materiais de fabricação...11
Uma mola é um objeto elástico flexível usado para armazenar a energia mecânica. As molas são feitas de arame geralmente tendo como matéria prima mais utilizada o aço temperado.
Na física clássica, uma mola pode ser vista como um dispositivo que armazene a energia potencial esticando as ligações entre os átomos de um material elástico.
A lei de Hooke da elasticidade indica que a extensão de uma haste elástica (seu comprimento distendido menos seu comprimento relaxado) é linearmente proporcional à sua tensão e à força usada para esticá-la. Similarmente, a contração (extensão negativa) é proporcional à compressão (tensão negativa).
Esta lei relaciona-se somente quando ha deformação (extensão ou contração). Para deformações além do limite elástico, as ligações atômicas começam a serem rompidas, e uma mola pode formar ondas, ou deformar-se permanentemente, ou seja, rompe-se a sua constante elástica K. Muitos materiais não têm nenhum limite elástico claramente definido, e a lei de Hooke não pode ser significativamente aplicada a estes materiais.
A lei de Hooke é realmente uma conseqüência matemática do fato que a energia potencial da haste está no estado relaxado.
2 MOLAS HELICOIDAIS
A mola helicoidal é a mais usada em mecânica. Em geral, ela é feita de barra de aço enrolada em forma de hélice cilíndrica ou cônica. A barra de aço pode ter seção retangular, circular, quadrada, etc. Em geral, a mola helicoidal é enrolada à direita. Quando a mola helicoidal for enrolada à esquerda, o sentido da hélice deve ser indicado no desenho.
As molas helicoidais podem funcionar por compressão, por tração ou por torção. A mola helicoidal de compressão é formada por espirais. Quando esta mola é comprimida por alguma força, o espaço entre as espiras diminui, tornando menor o comprimento da mola.
Você pode ver a aplicação de uma mola helicoidal de compressão observando um furador de papéis.
A mola helicoidal de tração possui ganchos nas extremidades, além das espiras. Os ganchos são também chamados de olhais.
Para a mola helicoidal de tração desempenhar sua função, deve ser esticada, aumentando seu comprimento. Em estado de repouso, ela volta ao seu comprimento normal.
A mola helicoidal de torção tem dois braços de alavancas, além das espiras. Veja um exemplo de mola de torção na figura à esquerda, e, à direita, a aplicação da mola num pregador de roupas.
Agora veja exemplos de molas helicoidais cônicas e suas aplicações em utensílios diversos.
Algumas molas padronizadas são produzidas por fabricantes específicos e encontram-se nos estoques dos almoxarifados. Outras são executadas de acordo com as especificações do projeto, segundo medidas proporcionais padronizadas.
A seleção de uma mola depende das respectivas formas e solicitações mecânicas.
Para poder ler e interpretar os desenhos técnicos de molas diversas é necessário conhecer suas características.
2.1 Características das molas helicoidais
Analise as características da mola helicoidal de compressão cilíndrica. De: diâmetro externo;
Di: diâmetro interno; H: comprimento da mola; d: diâmetro da seção do arame; p: passo da mola;
nº: número de espiras da mola.
As molas de compressão são enroladas com as espiras separadas de forma que possam ser comprimidas.
2.2 Características da mola helicoidal de tração De (diâmetro externo);
Di (diâmetro interno);
d (diâmetro da seção do arame); p (passo);
nº(número de espiras da mola).
Como você vê, as características da mola helicoidal de tração são quase as mesmas da mola helicoidal de compressão. A única diferença é em relação ao comprimento. Na mola helicoidal de tração, H representa o comprimento total da mola, isto é, a soma do comprimento do corpo da mola mais o comprimento dos ganchos.
A mola de tração é enrolada com as espiras em contato uma com a outra, de forma a poder ser estendida.
As extremidades normalmente terminam em dois ganchos de forma circular. 2.3 Características de dois tipos de molas cônicas
A primeira tem seção circular e a segunda tem seção retangular. Mola cônica de seção circular:
H: comprimento;
Dm: diâmetro maior da mola; dm: diâmetro menor da mola; p: passo;
nº: número de espiras;
d: diâmetro da seção do arame;
Compare as características anteriores com as características da mola cônica de seção retangular.
Mola cônica de seção retangular: H: comprimento da mola;
Dm: diâmetro maior da mola; dm: diâmetro menor da mola; p: passo;
nº: número de espiras;
e: espessura da seção da lâmina; A: largura da seção da lâmina.
Em lugar do diâmetro do arame (d) da mola circular, a mola de seção retangular apresenta outras características:
e - espessura da seção da lâmina e A - largura da seção da lâmina
2.4 Características da mola helicoidal de torção Mola helicoidal de torção:
De: Diâmetro externo da mola; Di: Diâmetro interno da mola; H: comprimento da mola; d: diâmetro da seção do arame; p: passo;
nº: número de espiras;
r: comprimento do braço de alavanca; a: ângulo entre as pontas da mola.
As novas características que aparecem nesse tipo de mola são: r, que representa o comprimento do braço da alavanca, e a, que representa a abertura do ângulo formado pelos dois braços da alavanca.
Note que as forças que atuam sobre a mola de torção são perpendiculares ao seu eixo, enquanto que nas molas de torção e de compressão a força segue a mesma direção do eixo.
3 MOLAS PLANAS
As molas planas são feitas de material plano ou em fita.
As molas planas podem ser simples, prato, feixe de molas e espiral.
Observe a ilustração da mola plana simples.
Esse tipo de mola é empregado somente para algumas cargas. Em geral, essa mola é fixa numa extremidade e livre na outra. Quando sofre a ação de uma força, a mola é flexionada em direção oposta.
Veja agora a mola prato. Essa mola tem a forma de um tronco de cone com paredes de seção retangular.
Em geral, as molas prato funcionam associadas entre si, empilhadas, formando colunas.O arranjo das molas nas colunas depende da necessidade que se tem em vista. Veja a seguir dois exemplos de colunas de molas prato.
As características das molas prato são: De:diâmetro externo da mola;
Di: diâmetro interno da mola; H: comprimento da mola;
h: comprimento do tronco interno da mola; e: espessura da mola.
Volte a examinar a ilustração do feixe de molas.
O feixe de molas é feito de diversas peças planas de comprimento variável, moldadas de maneira que fiquem retas sob a ação de uma força.
Finalmente, conheça um pouco mais sobre a mola espiral.
A mola espiral tem a forma de espiral ou caracol. Em geral ela é feita de barra ou de lâmina com seção retangular.
A mola espiral é enrolada de tal forma que todas as espiras ficam concêntricas e coplanares.
Esse tipo de mola é muito usado em relógios e brinquedos.
Para interpretar a cotagem da mola espiral, você precisa conhecer suas características. De: diâmetro externo da mola
L: largura da seção da lâmina; e: espessura da seção da lâmina; nº: número de espiras.
3.1 Representação das molas em desenho técnico
A representação das molas, nos desenhos técnicos, é normalizada pela ABNT.
São três as formas de representação adotadas: · normal;
· em corte; · simplificada.
Os quadros a seguir mostram os três tipos de representação das principais molas estudadas nestas aulas.
Note que nas representações normais as espiras são desenhadas do modo como são vistas pelo observador.
Já nas representações simplificadas as espiras são representadas esquematicamente, por meio de linhas.
3.2 Material de fabricação
As molas podem ser feitas com os seguintes materiais: aço, latão, cobre, bronze, borracha, madeira, plastiprene, 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.
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.
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. Aplicação
Para selecionar o tipo de mola, é preciso levar em conta certos fatores, como por exemplo, espaço ocupado, peso e durabilidade. Há casos em que se deve considerar a observação das propriedades elásticas, atritos internos ou externo adicional (amortecimento, relações especiais entre força aplicada e deformação).
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).
As molas espirais (de relógios) e de prato podem ser montadas em espaços estreitos.
As molas de lâmina, de prato, helicoidal de prato e de borracha dispendem pouca quantidade de energia por atrito.
