Tipi di molle

Le molle sono componenti meccanici essenziali che immagazzinano e rilasciano energia, fornendo resistenza alla forza o alla coppia. Svolgono un ruolo cruciale in varie applicazioni, dai sistemi di sospensione per autoveicoli ai prodotti di consumo. Questo articolo esplora i diversi tipi di molle in base alla loro applicazione del carico, alle caratteristiche di forza-spostamento e ai metodi di fabbricazione.

Classificazione in base al modo in cui viene applicato il carico

Molle di compressione

Le molle di compressione sono uno dei tipi di molle più comuni. Sono progettate per resistere alle forze di compressione applicate assialmente, immagazzinando energia meccanica quando vengono compresse e rilasciandola quando il carico viene rimosso. Queste molle hanno una vasta gamma di applicazioni, tra cui sistemi di sospensione per autoveicoli, macchinari industriali e prodotti di consumo come penne e trappole per topi.

Le molle a compressione sono solitamente realizzate in filo tondo avvolto in una forma elicoidale, con un diametro costante per tutta la loro lunghezza. La scelta del materiale dipende dai requisiti specifici dell'applicazione, come capacità di carico, resistenza alla corrosione e resistenza alla temperatura. I materiali comuni includono acciaio per molle, acciaio inossidabile e bronzo fosforoso.

Molle di estensione

Le molle di estensione, note anche come molle di tensione, sono progettate per resistere alle forze di trazione applicate assialmente. Immagazzinano energia meccanica quando vengono allungate e la rilasciano quando il carico viene rimosso. Le molle di estensione sono comunemente utilizzate nei sistemi di porte da garage, nelle attrezzature agricole e nelle attrezzature per l'esercizio fisico.

Le molle di estensione sono realizzate avvolgendo un filo in una forma elicoidale, con ganci o anelli formati a ciascuna estremità per il fissaggio. La tensione iniziale nella molla è determinata dal processo di fabbricazione, che prevede l'allungamento della molla a una lunghezza specifica prima del trattamento termico.

Molle di torsione

Le molle di torsione sono progettate per resistere alle forze rotazionali o alla coppia applicata sul loro asse. Immagazzinano energia meccanica quando vengono attorcigliate e la rilasciano quando la coppia viene rimossa. Le molle di torsione sono utilizzate in varie applicazioni, tra cui cerniere per porte, reclinabili per sedili di automobili e rulli per tende da sole.

Le molle di torsione sono in genere realizzate avvolgendo un filo rettangolare o quadrato in una forma elicoidale, con le estremità formate in forme specifiche per l'attacco. La scelta del materiale dipende dalla velocità della molla richiesta, dalla durata della fatica e dalle condizioni ambientali. I materiali comuni includono acciaio per molle e acciaio inossidabile.

Classificazione basata sulla forza e sullo spostamento

Molle lineari

Le molle lineari presentano una rigidità costante, il che significa che la forza necessaria per comprimere o estendere la molla è direttamente proporzionale allo spostamento.

Questa relazione lineare è descritta dalla legge di Hooke: F = kx,

Dove:

F è la forza,

k è la costante elastica,

x è lo spostamento.

Le molle lineari sono utilizzate in applicazioni in cui è richiesta una relazione forza-spostamento coerente, come nei sistemi di sospensione per autoveicoli e nei macchinari industriali. Sono solitamente realizzate in filo tondo avvolto in una forma elicoidale, con un diametro costante per tutta la loro lunghezza.

Molle a velocità variabile

Le molle a velocità variabile, note anche come molle non lineari, presentano una velocità variabile della molla quando vengono compresse o estese. Ciò significa che la forza richiesta per comprimere o estendere la molla cambia in modo non lineare con lo spostamento. Le molle a velocità variabile sono utilizzate in applicazioni in cui è richiesto un profilo forza-spostamento specifico, come nelle molle delle valvole per autoveicoli e nei sistemi di sospensione dei veicoli fuoristrada.

Le molle a velocità variabile possono essere progettate variando il diametro della bobina, il passo o il diametro del filo lungo la lunghezza della molla. Le molle coniche e le molle a forma di barile sono esempi di molle a velocità variabile, in cui il diametro della bobina cambia lungo la lunghezza della molla.

Molle a forza costante

Le molle a forza costante sono progettate per fornire una forza costante in uscita su un intervallo di movimento specifico. Sono realizzate da una striscia di materiale pre-sollecitata, in genere acciaio inossidabile, che è avvolta a spirale. Quando la molla viene estesa, il materiale si srotola dalla bobina, mantenendo una forza costante per tutto il suo intervallo di movimento.

Le molle a forza costante sono utilizzate in applicazioni in cui è richiesta una forza costante, come nei meccanismi di contrappeso, nei chiudiporta e nei dispositivi di tensionamento. Offrono vantaggi quali dimensioni compatte, lunga durata e prestazioni costanti nel loro intervallo di movimento.

Classificazione in base al metodo di fabbricazione

Molle elicoidali

Le molle elicoidali sono il tipo di molla più comune, realizzate avvolgendo un filo in una forma elicoidale. Possono essere progettate come molle a compressione, estensione o torsione, a seconda dei requisiti dell'applicazione. Le molle elicoidali sono prodotte utilizzando vari metodi, tra cui avvolgimento a caldo, avvolgimento a freddo e avvolgimento CNC.

La scelta del metodo di produzione dipende da fattori quali il materiale della molla, il diametro del filo e il volume di produzione. L'avvolgimento a caldo è in genere utilizzato per diametri di filo maggiori e materiali ad alta resistenza, mentre l'avvolgimento a freddo è utilizzato per diametri di filo minori e materiali a bassa resistenza. L'avvolgimento CNC offre elevata precisione e flessibilità, consentendo la produzione di geometrie di molla complesse.

Molle piatte

Le molle piatte sono realizzate con strisce piatte di materiale, in genere acciaio per molle o acciaio inossidabile, formate in varie forme come molle a balestra, rondelle Belleville e molle ondulate. Sono progettate per fornire resistenza alle forze di flessione o compressione, a seconda della configurazione specifica.

Le molle a balestra sono comunemente utilizzate nei sistemi di sospensione per autoveicoli, in particolare nei veicoli pesanti, per sostenere il peso del veicolo e fornire assorbimento degli urti. Sono costituite da diversi strati di acciaio per molle curvo, noti come foglie, impilati insieme e collegati alle estremità tramite grilli a molla.

Le rondelle Belleville, note anche come molle a disco, sono rondelle di forma conica che forniscono resistenza ai carichi assiali. Possono essere impilate in serie o parallelo per ottenere le caratteristiche di carico-flessione desiderate, rendendoli adatti ad applicazioni con spazio limitato e requisiti di carico elevati.

Le molle a onda sono realizzate formando un filo piatto in una forma ondulata, offrendo resistenza ai carichi assiali e occupando uno spazio minimo. Sono utilizzate in applicazioni in cui sono richiesti carichi elevati e piccole flessioni, come nel settore aerospaziale e delle apparecchiature industriali.

Molle a disco

Le molle a disco, note anche come molle Belleville, sono rondelle di forma conica che forniscono resistenza ai carichi assiali. Sono realizzate tramite stampaggio o forgiatura di un disco circolare piatto con un angolo conico specifico e diametri interno ed esterno. Le molle a disco possono essere impilate in serie o in parallelo per ottenere le caratteristiche di carico-deflessione desiderate.

Le molle a disco offrono diversi vantaggi rispetto alle molle elicoidali tradizionali, tra cui elevata capacità di carico, piccola flessione e dimensioni compatte. Sono utilizzate in varie applicazioni, come nei macchinari pesanti, nelle frizioni per autoveicoli e nelle valvole, dove carichi elevati e spazio limitato sono fattori critici.

Molle lavorate

Le molle lavorate sono molle progettate su misura e realizzate utilizzando processi di lavorazione CNC, come fresatura, tornitura e rettifica. Sono solitamente realizzate da barre o tubi pieni di materiale, come acciaio per molle, acciaio inossidabile o titanio, e possono essere progettate per soddisfare requisiti specifici di carico-deflessione.

Le molle lavorate offrono diversi vantaggi rispetto ai metodi tradizionali di produzione delle molle, tra cui elevata precisione, geometrie complesse e la capacità di incorporare caratteristiche quali fori di montaggio e filettature. Sono utilizzate in applicazioni specializzate, come nell'industria aerospaziale, nei dispositivi medici e nelle apparecchiature industriali ad alte prestazioni.

Molle modellate

Le molle stampate sono realizzate iniettando un materiale polimerico, come poliuretano o nylon, in una cavità dello stampo sagomata come la geometria della molla desiderata. Offrono proprietà uniche rispetto alle molle metalliche, come elevata resistenza alla corrosione, peso ridotto e capacità di smorzare le vibrazioni.

Le molle stampate sono utilizzate in varie applicazioni, come nelle boccole delle sospensioni automobilistiche, negli isolatori di vibrazioni industriali e nei dispositivi medici. La scelta del materiale polimerico dipende da fattori quali capacità di carico, resistenza alla temperatura e compatibilità chimica con l'ambiente operativo.

Molle a gas

Le molle a gas sono un tipo di molla che utilizza gas compresso, in genere azoto, per fornire resistenza alle forze di compressione. Sono costituite da un cilindro sigillato contenente un pistone e gas compresso, che esercita una forza sul pistone quando la molla viene compressa.

Le molle a gas offrono diversi vantaggi rispetto alle molle meccaniche, tra cui la potenza di uscita regolabile, le dimensioni compatte e la capacità di fornire smorzamento. Sono utilizzate in varie applicazioni, come nei supporti di sollevamento del cofano e del bagagliaio delle automobili, nei meccanismi di regolazione dell'altezza delle sedie da ufficio e nei macchinari industriali.

Molle ad aria

Le molle ad aria, note anche come molle pneumatiche, utilizzano aria compressa per fornire resistenza alle forze di compressione. Sono costituite da un soffietto flessibile o diaframma riempito di aria compressa, che si espande e si contrae quando la molla viene caricata e scaricata.

Le molle ad aria offrono diversi vantaggi rispetto alle molle meccaniche, tra cui rigidità regolabile, capacità di livellamento del carico e isolamento dalle vibrazioni. Sono utilizzate in varie applicazioni, come nei sistemi di sospensioni pneumatiche per autoveicoli, supporti di isolamento dalle vibrazioni industriali e attrezzature agricole.

Molle a balestra

Le molle a balestra sono un tipo di molla piatta comunemente utilizzata nei sistemi di sospensione per autoveicoli, in particolare nei veicoli pesanti. Sono costituite da diversi strati di acciaio per molle curvo, noti come foglie, impilati insieme e collegati alle estremità tramite grilli a molla.

Le balestre sono progettate per supportare il peso del veicolo e fornire assorbimento degli urti, contribuendo a migliorare il comfort di guida e la maneggevolezza. Possono essere configurate in vari modi, come semiellittiche, quarto-ellittiche o a sbalzo, a seconda dei requisiti specifici dell'applicazione.

La scelta del design della balestra dipende da fattori quali la capacità di carico, la distribuzione del peso del veicolo e lo spazio disponibile. Le balestre sono note per la loro durevolezza, capacità di carico e capacità di fornire stabilità laterale, rendendole adatte per applicazioni pesanti come camion commerciali e veicoli fuoristrada.

Molle elicoidali

Le molle elicoidali sono un tipo di molla elicoidale realizzata avvolgendo un filo in una forma elicoidale, con un diametro costante o variabile. Possono essere progettate come molle a compressione, estensione o torsione, a seconda dei requisiti dell'applicazione.

Principi di base della molla

Le molle sono dispositivi meccanici che immagazzinano e rilasciano energia in base ai principi di elasticità e alla legge di Hooke. Quando una forza viene applicata a una molla, questa si deforma, immagazzinando energia potenziale sotto forma di energia di deformazione. Quando la forza viene rimossa, la molla torna alla sua forma originale, rilasciando l'energia immagazzinata.

La relazione tra la forza applicata e la deformazione risultante è descritta dalla legge di Hooke, F = kx, dove F è la forza, k è la costante elastica e x è la deformazione. La costante elastica, nota anche come tasso elastico, determina la rigidità della molla e dipende da fattori quali le proprietà del materiale, l'area della sezione trasversale e la lunghezza della molla.

Le molle sono progettate per funzionare entro il loro limite elastico, dove la deformazione è direttamente proporzionale alla forza applicata. Se la forza supera il limite elastico, la molla potrebbe subire una deformazione permanente o un guasto, compromettendone le prestazioni e la sicurezza.

La capacità di accumulo di energia di una molla è determinata dalla sua geometria, dalle proprietà del materiale e dal carico applicato. L'accumulo di energia massimo si verifica quando la molla viene compressa o estesa alla sua altezza solida o alla sua massima estensione, rispettivamente.