Projeto de Molas Helicoidais de Compressão: Cálculos e Aplicações, Esquemas de Engenharia Naval

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ELEMENTOS DE MÁQUINAS

Professor: Adriano A. Trajano Curso: Engenharia Mecânica

ELEMENTOS DE MÁQUINAS

As molas podem ser manufaturadas por processos a quente ou a frio, lembrando que para ser considerado processo a quente, o material deve estar acima da temperatura de recristalização. A escolha do tipo de processo é uma função:

• (^) Do tipo de material;
• (^) Do índice da mola (índice C);
• (^) Das propriedades desejadas. Deste modo, precisamos saber qual será a aplicação da mola, para sabermos qual material e qual processo de fabricação utilizar.

Tabela 1.4 - Obtenção de A e m, obtidas a partir da e d (diâmetro do fio).

Tabela 1.5 | Propriedades mecânicas de alguns fios de molas

PROJETO DE MOLAS HELICOIDAIS PARA COMPRESSÃO

ESTÁTICA EM SERVIÇO

Força de fechamento ( Fs ): Na análise da compressão estática de molas, devemos ter em consideração que no momento em que a mola está chegando ao seu final de curso, ou seja, está próxima ao fechamento das espiras, devemos determinar o que chamamos de força de fechamento ( Fs ). Em que ξ é o percurso fracionário até o fechamento percurso significa que nesta região, até o fechamento, a mola não deve trabalhar, sob risco de quebra do fio).

C : índice de mola;

Caso tenhamos a necessidade de projetar uma mola em alto volume de

produção, existe um termo chamado fom , que é uma equação relacionada

à obtenção de um menor custo. Assim, uma fom pode ser estabelecida com

a equação:

ns : fator de segurança no fechamento.

ξ : percurso fracionário até o fechamento;

N a : número de espiras ativas; Além das considerações que até o momento realizamos para o material de molas, devemos considerar em um projeto de molas, as seguintes condições:

Diagrama de fluxo de projeto de mola de compressão helicoidal para carregamento estático

PROGRAMAS DE CÁLCULO DE MOLA HELICOIDAL DE COMPRESSÃO

FREQUÊNCIA CRÍTICA DE MOLAS HELICOIDAIS

Para prevenir isto, durante o projeto precisamos determinar a frequência fundamental da mola [f]. Para calcularmos k , devemos utilizar a equação citada anteriormente, apresentada na Seção 1.1, k = razão de mola; g = aceleração da gravidade; W = peso da mola. Para o cálculo de W, usamos as equações a seguir: d = diâmetro do fio em mm; D = diâmetro das espiras em mm; γ = peso específico ( kg/mm 3 ); Na = número de espiras ativas.

CARREGAMENTO DE FADIGA EM MOLAS HELICOIDAIS DE COMPRESSÃO

Temos várias situações industriais, em que os ciclos de operação são muito altos, como em compressores alternativos para ar comprimido. Tem-se que a fadiga é algo que queremos evitar a todo custo, para não termos quebras prematuras. Deste modo, buscamos o que chamamos de vida infinita para o projeto de molas helicoidais de compressão.

CARREGAMENTO DE FADIGA EM MOLAS HELICOIDAIS DE COMPRESSÃO

Este método é baseado em um estudo que demonstra que temos os

seguintes limites de resistência ( S

sa

= Limite de resistência à fadiga) em

função do tipo de acabamento aplicado no processo de fabricação,

sendo:

• sem jateamento de granalha,^ Ssa = 241 MPa,
• com jateamento de granalha,^ Ssa = 398 MPa.

Podemos observar que no ato de aplicarmos um jato de granalha (um

tipo de esfera de metal), temos um aumento deste tipo de resistência

mecânica.

Critério de Falha de Sines em Fadiga Torcional

CARREGAMENTO DE FADIGA EM MOLAS HELICOIDAIS DE COMPRESSÃO

F

max

= força máxima em [N];

F

min

= força mínima em [N];

F

a

= Amplitude da força alternante em [N].

Para esses valores de Ssa , temos que aplicar o fator de segurança que é determinado pelas equações abaixo, sendo que Kb (fator Bergsträsser) foi mostrado anteriormente. n s = fator de segurança; τ a = tensão de cisalhamento em [MPa];