As molas são componentes mecânicos utilizados em diversos produtos, como relógios, carros e telefones celulares. Existem muitos tipos de penas, cada uma com características únicas, dificultando a seleção.
Portanto, você precisa aprender mais sobre eles. Este artigo explica os tipos comuns de molas, suas aplicações, materiais e as causas da falha mecânica da mola para ajudá-lo a escolher a correta.
Lei de Hooke: Compreendendo o Princípio da Primavera
Uma mola é um componente mecânico que armazena energia quando comprimida por uma carga e a libera novamente quando a carga é removida. Este é o funcionamento normal de todas as molas, independentemente do seu tipo, conforme expresso na lei de Hooke.
A lei de Hooke relaciona a força exercida por uma carga sobre uma mola e sua elasticidade. De acordo com a lei, a força exercida por uma carga necessária para comprimir ou expandir uma mola é diretamente proporcional ao deslocamento, expresso pela seguinte expressão matemática: F= -kX
Onde;
F = força exercida pela carga na mola
X = deslocamento da mola (este é um valor negativo que indica que a força para reiniciar a mola atua na direção oposta)
k = constante da mola, que indica a rigidez da mola e depende do tipo de mola
Tipos de penas e seus usos
Existem diferentes tipos de molas com diferentes capacidades. Geralmente, existem três categorias principais e cada categoria tem suas subcategorias. Abaixo você encontrará as características dos diferentes tipos de molas e suas aplicações.
Categoria Um: Molas Helicoidais
As molas helicoidais têm uma forma helicoidal geral (daí o nome), mas diferentes seções transversais. Eles são os tipos de molas mais comuns na prototipagem rápida e são amplamente utilizados na fabricação de produtos. Abaixo estão os diferentes tipos de molas helicoidais.
Molas de compressão
As molas de compressão são molas espirais abertas com diâmetro e distância constantes entre as voltas individuais. As molas só podem ser comprimidas em uma direção porque resistem à compressão axial. Esses tipos de molas são frequentemente usados na fabricação de produtos, como válvulas e suspensões.
Molas de tensão
As molas de tensão são molas de compressão fechadas. Eles funcionam alongando-se quando a tensão é aplicada e armazenando energia. Quando a tensão é liberada, a mola mecânica retorna à sua forma original e libera a energia. As molas tensoras são uma parte importante de portas de garagem, alavancas tensoras, alicates de mandíbula e balanças.
Molas de torção
Uma mola de torção é fixada a dois componentes com suas duas extremidades horizontal ou verticalmente. Eles funcionam armazenando e liberando energia rotacional. Quanto mais apertado o enrolamento, mais energia a mola armazena e libera quando a carga é liberada. São utilizados em portas de garagem, relógios, etc.
molas helicoidais
As molas helicoidais são tiras de metal retangulares formadas em uma espiral plana que podem armazenar e liberar uma quantidade razoável de energia a uma taxa constante. Devido à constante liberação de energia, são utilizados na fabricação de relógios mecânicos, poltronas, brinquedos, etc.
Categoria Dois: Molas de Folha
Esses tipos de molas consistem em placas ou folhas retangulares de metal que são aparafusadas ou fixadas e são utilizadas para absorção de choques em veículos pesados. Os diferentes tipos de molas de lâmina estão listados abaixo.
Mola de lâmina elíptica
Uma mola de lâmina elíptica consiste em duas folhas empilhadas, aparafusadas e fixadas de formato semi-elíptico, conectadas em direções opostas. Embora estejam voltados para direções opostas, os clipes de mola não são necessários porque a lâmina sofre o mesmo estiramento quando comprimida. Essas molas eram importantes em carros antigos, onde as montadoras as fixavam ao eixo e ao chassi. No entanto, hoje em dia eles não são mais tão importantes.
Mola de lâmina semi-elíptica
As molas de lâmina semi-elípticas consistem em folhas de aço com a mesma largura e espessura, mas comprimentos diferentes. A folha mais longa/superior é a folha principal. São as molas de lâmina mais populares em automóveis porque requerem menos manutenção e têm uma longa vida útil.
Com molas de lâmina semi-elípticas, uma extremidade é fixada rigidamente à estrutura do veículo e a outra às manilhas. Portanto, o comprimento varia ao dirigir em terrenos irregulares, o que ajuda a absorver choques.
Mola de lâmina trimestral elíptica
Assim como a mola de lâmina elíptica, a mola de lâmina quarto elíptica também é mais antiga. Também é conhecida como mola cantilever. Uma extremidade é fixada à parte lateral da estrutura com uma braçadeira em U ou parafuso I, a outra é conectada livremente ao eixo. Portanto, quando as vigas do eixo dianteiro são submetidas a choques, as lâminas podem endireitar-se facilmente e absorver o choque.
Mola de lâmina elíptica de três quartos
Esta mola de lâmina é uma combinação de um quarto de mola elíptica e meia mola elíptica. As extremidades da meia elipse são fixadas à estrutura do veículo e à mola de um quarto de elipse. Por outro lado, a extremidade livre do quarto da mola elíptica é então fixada à estrutura do veículo por meio de parafusos em I.
Mola de lâmina transversal
Estas são molas de lâmina semi-elípticas montadas em toda a largura do veículo. Neste arranjo, a lâmina mais longa fica na parte inferior, enquanto a seção intermediária é fixada à estrutura com um parafuso em U. Molas transversais causam rolamento. Portanto, eles são usados apenas de forma limitada na indústria automotiva.
Categoria Três: Molas Prato
As molas prato são molas com formato cônico e efeito flexível. Portanto, eles podem ser usados em espaços limitados. Abaixo estão os tipos de molas prato.
Mola disco Belleville
As molas prato Belleville ou molas prato cônicas têm uma construção em forma de copo. Portanto, eles não ficam deitados. Eles podem comprimir e suportar cargas pesadas. Portanto, eles são adequados para produtos usados sob condições de alto estresse.
Mola de disco curvada
As molas prato curvas ou discos em meia-lua funcionam aplicando uma leve pressão em sua contraparte. Portanto, eles podem resistir ao afrouxamento devido à vibração. São aplicáveis em produtos que utilizam cavilhas roscadas, fixadores, parafusos e porcas em máquinas sujeitas a vibrações fortes e constantes.
Mola de disco com fenda
As molas prato com fenda possuem ranhuras no diâmetro externo e interno. Isto reduz a carga da mola e aumenta a deflexão. Eles são frequentemente usados em transmissões automáticas, embreagens e embreagens de sobrecarga.
Molas de placa ondulada
As molas onduladas parecem projetos arquitetônicos com suas múltiplas ondas por volta. Portanto, eles são adequados para cargas previsíveis, pois podem atuar como amortecedores e absorver tensões durante a compressão axial.
Funções das penas
As molas são uma parte importante de muitos produtos industriais. Algumas funções das molas e áreas de aplicação correspondentes estão listadas abaixo.
Propriedades de absorção de choque
As molas podem comprimir e expandir devido à carga/força aplicada. Portanto, eles têm boa capacidade de absorção de choque. Esse uso de molas é muito importante na indústria automotiva porque quando um veículo é atingido, a mola se comprime para absorver o choque. Em seguida, libera a energia continuamente.
Armazenar e liberar energia
As molas podem armazenar e liberar energia mecânica constantemente. Portanto, podem servir como alternativa às baterias em alguns dispositivos. Um exemplo importante são os relógios mecânicos e os ferrolhos das armas.
Controle o movimento do mecanismo
As molas podem controlar o movimento de alguns componentes. Por isso são frequentemente utilizados em garagens, portas, balanças, molas de válvulas para motores de combustão interna e molas de controle em embreagens.
Amortecimento de vibração
As molas também ajudam a amortecer ou amortecer as vibrações. Portanto, são importantes para a produção de produtos estáveis em ambientes vibrantes. As molas mecânicas são utilizadas para amortecer vibrações em automóveis e vagões ferroviários, entre outras coisas.
Tipos de materiais usados para fazer molas
As molas são feitas de diversos materiais e fabricadas com processos inovadores. Abaixo estão alguns exemplos de materiais utilizados e seu significado.
As molas são feitas de diversos materiais e fabricadas com processos inovadores. Abaixo estão alguns exemplos de materiais utilizados e seu significado.
1. Aço de baixa liga
Os aços de baixa liga contêm níquel ou molibdênio e, portanto, são superiores aos aços carbono. As molas feitas com esses materiais têm as seguintes propriedades:
- Sua alta resistência ao calor os torna adequados para uso em máquinas que utilizam ou geram alto calor.
- Alta resistência à compressão, resultando em maior vida útil sob cargas axiais.
- A adição de cromo, molibdênio e níquel aumenta a resistência à fluência e à corrosão da mola.
2. Fio trefilado a frio
O fio trefilado a frio é criado através do endurecimento, o que melhora a estrutura cristalina básica do material. Portanto, as molas de arame estirado a frio têm maior resistência à tração, tolerância à tensão e tolerância à temperatura.
3. Fio de mola endurecido com óleo
Os fios endurecidos em óleo apresentam alta resistência à fadiga, ao calor e à fadiga permanente. Portanto, fios de mola endurecidos em óleo são frequentemente usados na indústria automotiva. Também são utilizados na fabricação de produtos com suspensão.
4. Tira endurecida bainita
As tiras endurecidas de bainita são feitas de aço tratado termicamente. Portanto, as molas feitas de aço endurecido com bainita apresentam alta resistência e resistência à fadiga.
5. Aço inoxidável para molas
O aço inoxidável contém cromo, níquel, magnésio e até carbono. As molas de aço inoxidável têm alto limite de escoamento, resistência à corrosão e resistência ao calor. Portanto podem ser usados em arruelas, gazuas e antenas.
6. Cobre e titânio
As ligas de cobre ou titânio são resistentes à corrosão, ao calor, robustas e duráveis. Portanto, as molas de cobre e titânio são usadas principalmente como molas de torção em dobradiças de portas comuns, dobradiças retráteis e alguns dispositivos médicos.
Processo de fabricação comum para tipos de molas
As molas são fabricadas através de um processo que consiste em enrolamento, tratamento térmico, retificação, revestimento e acabamento. O processo é simples, embora existam algumas variações dependendo do tipo de mola.
1. Enrolamento
O operador insere o fio da mola em uma máquina CNC ou máquina mecânica de mola e o endireita. Ele então enrola, modela ou dobra o fio esticado no formato desejado. Esses processos também podem ocorrer individualmente ou em combinação.
– O enrolamento envolve enrolar o fio esticado na bobina desejada usando um enrolador de mola ou máquina de enrolamento de mola CNC. O enrolamento é aplicável na produção de molas de compressão, tensão e torção.
-A formação usa um enrolador de mola ou formador de mola CNC que usa múltiplas curvas, anéis e raios para criar diferentes formatos de mola. A moldagem é aplicável na produção de molas de tensão, molas de torção e moldes de arame.
-Na dobra, o fio reto é dobrado em diferentes formatos usando uma dobradeira CNC. Portanto, é adequado para fazer moldes de arame.
2. Tratamento térmico
O tratamento térmico faz com que a mola formada sofra alívio de tensão. Portanto, ele pode facilmente retornar à sua forma original quando submetido a tensões. Dependendo do tipo e quantidade de material, a mola é aquecida a uma temperatura específica durante um tempo específico.
Dependendo do tipo de material e do processo de fabricação, o tratamento térmico é repetido e em seguida ocorre o resfriamento.
3. Laços
A retificação envolve retificar a extremidade da mola usando uma esmerilhadeira. Isso faz com que fique em pé quando orientado verticalmente.
4. Revestimento e acabamento
O revestimento e acabamento são importantes para melhorar as propriedades estéticas e funcionais da mola. Por exemplo, o revestimento de cobre galvânico torna a mola condutora e o revestimento em pó melhora seu valor estético. As opções de acabamento incluem shot peening (molas formadas a frio), acabamento, pintura a pó e anodização.
Causas de erros e soluções para tipos de molas
Uma mola quebrada pode causar danos à máquina, maiores custos de manutenção e, como resultado, perda de confiança em um produto baseado em molas mecânicas. Portanto, você deve tentar evitar quebras de mola. A melhor maneira de fazer isso é entender as causas. Abaixo estão as causas e soluções para molas quebradas.
1. Estresse de primavera
A tensão da mola ocorre quando você sujeita a mola a uma força que seu projeto não consegue suportar. Isso fará com que a mola se quebre. Você pode resolver esse problema reduzindo a força ao que o projeto pode suportar ou criando uma mola projetada para tal tensão. Você pode fazer essa mola usando o material certo ou otimizando o tratamento térmico.
2. Escolha errada de material
O tipo de material usado para fazer a mola pode determinar as propriedades da mola. Por exemplo, molas de aço inoxidável e cobre são muito resistentes à corrosão. Portanto, se você deseja tal propriedade, seria errado usar outro material. Você pode evitar isso aprendendo sobre os diferentes materiais dos quais as penas são feitas.
3. Acabamento ruim ou incorreto
Tratamentos de superfície como revestimento em pó, anodização, etc. ajudam a melhorar as propriedades estéticas ou funcionais da mola. Por exemplo, você pode usar anodização para melhorar a resistência à corrosão da mola. Portanto, se a superfície de uma mola for mal tratada ou não for tratada quando necessário, isso pode tornar a mola suscetível à corrosão e levar à falha sob condições severas ou corrosivas.
4. Temperatura de trabalho indefinida
A mola deve ser adequada à temperatura operacional. Você pode melhorar a resistência ao calor da mola escolhendo um material com esta propriedade, submetendo-o a tratamento térmico ou utilizando uma opção de acabamento.
5. Processos de fabricação abaixo do padrão
Ao fazer molas, deve-se prestar atenção à qualidade. Isso determina sua função e estética. Exemplos típicos do método de usinagem utilizado são a usinagem CNC. Os fabricantes devem examinar atentamente o processo e garantir que as ferramentas sejam projetadas com precisão para reduzir a quebra da mola.
Concluindo
As molas são uma parte importante de qualquer produto que seja movido. Quando comprimidos e expandidos, podem armazenar e liberar energia. Para escolher a mola certa, você precisa saber quais tipos de molas são usadas hoje.
Cada pena possui características e propriedades próprias dependendo dos materiais utilizados, design e processo de fabricação. Portanto, ao decidir fazer uma mola para o seu produto, você deve considerar os fatores acima. Ou você pode obter aconselhamento profissional de especialistas sobre molas.
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Perguntas frequentes
Quais são os três tipos de molas que existem?
Os principais tipos de molas são molas helicoidais, molas prato e molas de lâmina. Cada tipo de mola possui diversas subcategorias com recursos, funções e aplicações exclusivas. As subcategorias de molas helicoidais incluem molas de torção, molas de tensão, molas espirais e molas de compressão.
Que tipos de molas prato existem?
Existem quatro tipos de molas prato, cada uma com características e aplicações exclusivas. Os quatro são: molas Belleville, proa, fenda e placa ondulada.
Qual tipo de mola é mais comum?
As molas de torção são o tipo mais comum de mola. Eles são usados em dobradiças de portas e funcionam armazenando energia rotacional quando a porta é aberta. Quando a porta é liberada, a mola libera energia para retornar a porta à sua posição original.
