Cálculos do projeto da mola

Molas são componentes mecânicos que podem armazenar e fornecer energia de tensão gerada pelo trabalho usado para tensionar, alongar ou comprimir a mola na forma de deformação ou energia de tensão. São usados em muitas aplicações e podem ser encontrados em pequenos componentes eletrónicos, bem como em grandes máquinas industriais. Para garantir que uma mola executa a sua função, tem de ser concebida corretamente. Para este fim, são calculados parâmetros como a constante de mola e o percurso da mola.

Tipos de molas

Existem diferentes tipos de molas que diferem em função e aparência.

As molas são diferenciadas por carga e forma. Os tipos mais comuns são:

Pode saber mais sobre Selecionar molas de tensão e molas de compressão – descrição geral/utilização/exemplos de aplicação aqui.

Calcular molas

Para calcular e projetar molas, parâmetros como taxa de mola, constante de mola e trabalho de mola devem ser determinados ou conhecidos em uma primeira etapa. A força da mola ou a constante da mola pode, por exemplo, ser calculada.

Considerações preliminares para o cálculo da mola e design da mola

Antes de calcular ou projetar a mola, vários requisitos e especificações importantes devem ser estabelecidos, tais como:

• Requisitos de carga, por exemplo, carga máxima, tipo de carga (compressão, tensão, torção), frequência e ciclo de trabalho do tipo de carga
• Ambiente e condições de funcionamento, por exemplo, temperatura, risco de corrosão, humidade e grau de contaminação
• Amortecimento e absorção de vibrações, por exemplo, necessidade de elementos de amortecimento
• Restrições de espaço e instalação, por exemplo, para as dimensões da mola, design da geometria da bobina e extremidades

A automação económica utiliza principalmente molas de tensão e molas de compressão.

Parâmetros para calcular molas

Os seguintes parâmetros devem ser conhecidos primeiro antes de calcular as molas de compressão, as molas de tensão, etc.:

Para uma mola de tensão como exemplo

• Que força (F) será exercida na mola? Que comprimento livre (L₀) e curso de mola (X) estão disponíveis?
• A mola deve estar equipada com terminais de tensão ou são necessários terminais de tensão adicionais? E que efeito têm os terminais de tensão adicionais no comprimento?
• O diâmetro interno (D) da mola e/ou um diâmetro de fio (d) desempenha um papel?
• O peso morto da mola desempenha um papel na aplicação e que espaço está disponível para qualquer substituição necessária da mola?
• Os terminais têm de ser dispostos com a mesma orientação ou rodados 90°?

Cálculo da força de mola utilizando a fórmula de força de mola

A força de mola, também chamada força de aperto, é a força gerada por uma mola quando é esticada ou comprimida, com base na sua rigidez ou constante de mola. Esta força pretende repor a mola na sua forma ou posição original. O cálculo costuma ser feito pela fórmula da força da mola, também chamada de lei de Hookes. A lei de Hooke descreve a relação linear entre a força (F) exercida num corpo elástico e o alongamento ou compressão resultante (Δx) desse corpo na região elástica do material:

Onde:

• F = Força da mola, medida em Newton (N)
• k = Constante de mola, a rigidez da mola, em unidades como N/m (Newton por metro)
• Δx = Movimento da mola, o alongamento (para molas tensoras) ou compressão (para molas de compressão) da mola, medido em metros (m).

Qual é a tensão inicial de uma mola de tensão?

A tensão inicial (P_i), por vezes também denominada pré-carga de montagem, é definida como a tensão (força em N) necessária para fazer com que a mola exiba uma alteração no comprimento por deformação.   

A constante de mola e o percurso da mola (elongamento ou compressão) podem ser lidos a partir de especificações técnicas e dados do fabricante ou são calculados da seguinte forma.

Calcular a constante de mola utilizando a fórmula de força de mola

A constante de mola, muitas vezes referida como taxa de mola, é um dos parâmetros básicos de uma mola. Indica quanta força é necessária para deformar a mola uma certa distância.

Quanto maior for a constante da mola, mais rígida será a mola. Uma grande constante de mola significa que é necessária uma força relativamente elevada para deformar a mola, enquanto as molas com uma pequena constante de mola são mais facilmente deformadas.

Calcular a constante de mola total para várias molas

Na realidade, apenas uma mola raramente é instalada. Em vez disso, várias molas são normalmente instaladas em sucessão ou próximas umas das outras. Como é calculada a constante de mola nestes casos? A constante de mola total deve ser determinada em todos os casos.

Se várias molas estiverem ligadas em série (configuração em linha), a constante de mola total é calculada da seguinte forma:

Se várias molas estiverem instaladas lado a lado (configuração paralela), a constante total da mola é calculada da seguinte forma:

Aspetos de segurança

Para evitar a falha da mola, a mola não deve ser carregada acima da sua tensão nominal. A tensão nominal depende do material da mola. Por exemplo, para aço de mola, a tensão nominal varia de 550 MPa (megapascal) a 800 MPa, dependendo da liga e da têmpera. Para molas de aço inoxidável, a tensão nominal é entre 500 MPa e 700 MPa.

Vida útil e fadiga

Uma mola pode ficar fatigada ao longo do tempo, especialmente se for frequentemente carregada e aliviada. Por conseguinte, é importante considerar a vida útil da mola sob as condições de carga.

Recomendações para molas MISUMI

A MISUMI oferece uma vasta gama de molas, tais como molas de tensão e molas redondas. As molas helicoidais foram concebidas para manter a carga máxima constante no mesmo diâmetro. Recomendamos a utilização das molas dentro da deflexão permitida para garantir a funcionalidade e a forma e para alcançar a vida útil esperada. As molas são recomendadas a temperaturas ambiente normais (40 °C ou menos). Os valores de carga diminuem acima de 40 °C. Este intervalo de temperatura também é assumido para molas redondas de bobina MISUMI.