Tipos de molas

Molas são componentes mecânicos essenciais que armazenam e liberam energia, fornecendo resistência à força ou torque. Elas desempenham um papel crucial em várias aplicações, de sistemas de suspensão automotiva a produtos de consumo. Este artigo explora os diferentes tipos de molas com base em sua aplicação de carga, características de força-deslocamento e métodos de fabricação.

Classificação com base em como a carga é aplicada

Molas de compressão

Molas de compressão são um dos tipos mais comuns de molas. Elas são projetadas para resistir a forças compressivas aplicadas axialmente, armazenando energia mecânica quando comprimidas e liberando-a quando a carga é removida. Essas molas têm uma ampla gama de aplicações, incluindo sistemas de suspensão automotiva, maquinário industrial e produtos de consumo como canetas e ratoeiras.

As molas de compressão são normalmente feitas de fio redondo enrolado em um formato helicoidal, com um diâmetro constante em todo o seu comprimento. A escolha do material depende dos requisitos específicos da aplicação, como capacidade de carga, resistência à corrosão e resistência à temperatura. Os materiais comuns incluem aço para molas, aço inoxidável e bronze fosforoso.

Molas de extensão

Molas de extensão, também conhecidas como molas de tensão, são projetadas para resistir a forças de tração aplicadas axialmente. Elas armazenam energia mecânica quando esticadas e a liberam quando a carga é removida. Molas de extensão são comumente usadas em sistemas de portas de garagem, equipamentos agrícolas e equipamentos de exercícios.

As molas de extensão são feitas enrolando um fio em um formato helicoidal, com ganchos ou laços formados em cada extremidade para fixação. A tensão inicial na mola é determinada pelo processo de fabricação, que envolve esticar a mola até um comprimento específico antes do tratamento térmico.

Molas de torção

As molas de torção são projetadas para resistir a forças rotacionais ou torque aplicado em torno de seu eixo. Elas armazenam energia mecânica quando torcidas e a liberam quando o torque é removido. As molas de torção são usadas em várias aplicações, incluindo dobradiças de portas, poltronas reclináveis de assentos automotivos e rolos de persianas.

As molas de torção são normalmente feitas enrolando um fio retangular ou quadrado em um formato helicoidal, com as extremidades formadas em formatos específicos para fixação. A escolha do material depende da taxa de mola necessária, da vida útil da fadiga e das condições ambientais. Os materiais comuns incluem aço para molas e aço inoxidável.

Classificação baseada em força e deslocamento

Molas Lineares

Molas lineares apresentam uma taxa de mola constante, o que significa que a força necessária para comprimir ou estender a mola é diretamente proporcional ao deslocamento.

Essa relação linear é descrita pela lei de Hooke: F = kx,

onde:

F é a força,

k é a constante da mola,

x é o deslocamento.

Molas lineares são usadas em aplicações onde uma relação força-deslocamento consistente é necessária, como em sistemas de suspensão automotiva e máquinas industriais. Elas são tipicamente feitas de fio redondo enrolado em um formato helicoidal, com um diâmetro constante em todo o seu comprimento.

Molas de Taxa Variável

Molas de taxa variável, também conhecidas como molas não lineares, exibem uma taxa de mola variável conforme são comprimidas ou estendidas. Isso significa que a força necessária para comprimir ou estender a mola muda de forma não linear com o deslocamento. Molas de taxa variável são usadas em aplicações onde um perfil de força-deslocamento específico é necessário, como em molas de válvulas automotivas e sistemas de suspensão de veículos off-road.

Molas de taxa variável podem ser projetadas variando o diâmetro da bobina, passo ou diâmetro do fio ao longo do comprimento da mola. Molas cônicas e molas em formato de barril são exemplos de molas de taxa variável, onde o diâmetro da bobina muda ao longo do comprimento da mola.

Molas de Força Constante

As molas de força constante são projetadas para fornecer uma saída de força constante em uma amplitude específica de movimento. Elas são feitas de uma tira de material pré-tensionado, normalmente aço inoxidável, que é enrolada em um formato espiral. Conforme a mola é estendida, o material se desenrola da bobina, mantendo uma força constante em toda a sua amplitude de movimento.

Molas de força constante são usadas em aplicações onde uma força consistente é necessária, como em mecanismos de contrapeso, fechos de porta e dispositivos de tensionamento. Elas oferecem vantagens como tamanho compacto, longa vida útil e desempenho consistente em sua amplitude de movimento.

Classificação por método de fabricação

Molas helicoidais

Molas helicoidais são o tipo mais comum de mola, feitas enrolando um fio em um formato helicoidal. Elas podem ser projetadas como molas de compressão, extensão ou torção, dependendo dos requisitos da aplicação. Molas helicoidais são fabricadas usando vários métodos, incluindo enrolamento a quente, enrolamento a frio e enrolamento CNC.

A escolha do método de fabricação depende de fatores como o material da mola, diâmetro do fio e volume de produção. O enrolamento a quente é normalmente usado para diâmetros de fio maiores e materiais de alta resistência, enquanto o enrolamento a frio é usado para diâmetros de fio menores e materiais de menor resistência. O enrolamento CNC oferece alta precisão e flexibilidade, permitindo a produção de geometrias de mola complexas.

Molas planas

Molas planas são feitas de tiras planas de material, tipicamente aço mola ou aço inoxidável, moldadas em vários formatos, como molas de lâmina, arruelas Belleville e molas onduladas. Elas são projetadas para fornecer resistência a forças de flexão ou compressão, dependendo da configuração específica.

Molas de lâminas são comumente usadas em sistemas de suspensão automotiva, particularmente em veículos pesados, para suportar o peso do veículo e fornecer absorção de choque. Elas consistem em várias camadas de aço de mola curvado, conhecidas como folhas, empilhadas e conectadas nas extremidades usando manilhas de mola.

As arruelas Belleville, também conhecidas como molas de disco, são arruelas de formato cônico que fornecem resistência a cargas axiais. Elas podem ser empilhadas em série ou paralelamente para atingir as características desejadas de carga-deflexão, tornando-as adequadas para aplicações com espaço limitado e altos requisitos de carga.

Molas onduladas são feitas formando um fio plano em um formato ondulado, fornecendo resistência a cargas axiais enquanto ocupam espaço mínimo. Elas são usadas em aplicações onde altas cargas e pequenas deflexões são necessárias, como em equipamentos aeroespaciais e industriais.

Molas de disco

Molas de disco, também conhecidas como molas Belleville, são arruelas de formato cônico que fornecem resistência a cargas axiais. Elas são feitas por estampagem ou forjamento de um disco circular plano com um ângulo de cone específico e diâmetros interno e externo. As molas de disco podem ser empilhadas em série ou paralelas para atingir as características desejadas de carga-deflexão.

As molas de disco oferecem várias vantagens sobre as molas helicoidais tradicionais, incluindo alta capacidade de carga, pequena deflexão e tamanho compacto. Elas são usadas em várias aplicações, como em máquinas pesadas, embreagens automotivas e válvulas, onde altas cargas e espaço limitado são fatores críticos.

Molas Usinadas

Molas usinadas são molas projetadas sob medida, fabricadas usando processos de usinagem CNC, como fresamento, torneamento e retificação. Elas são tipicamente feitas de barras sólidas ou tubos de material, como aço para molas, aço inoxidável ou titânio, e podem ser projetadas para atender a requisitos específicos de deflexão de carga.

Molas usinadas oferecem várias vantagens sobre os métodos tradicionais de fabricação de molas, incluindo alta precisão, geometrias complexas e a capacidade de incorporar recursos como furos de montagem e roscas. Elas são usadas em aplicações especializadas, como na indústria aeroespacial, dispositivos médicos e equipamentos industriais de alto desempenho.

Molas Moldadas

Molas moldadas são feitas pela injeção de um material polimérico, como poliuretano ou nylon, em uma cavidade de molde moldada como a geometria de mola desejada. Elas oferecem propriedades únicas em comparação com molas de metal, como alta resistência à corrosão, baixo peso e capacidade de amortecer vibrações.

Molas moldadas são usadas em várias aplicações, como em buchas de suspensão automotiva, isoladores de vibração industriais e dispositivos médicos. A escolha do material de polímero depende de fatores como capacidade de carga, resistência à temperatura e compatibilidade química com o ambiente operacional.

Molas de gás

Molas a gás são um tipo de mola que usa gás comprimido, tipicamente nitrogênio, para fornecer resistência a forças compressivas. Elas consistem em um cilindro selado contendo um pistão e gás comprimido, que exerce uma força no pistão quando a mola é comprimida.

As molas a gás oferecem várias vantagens sobre as molas mecânicas, incluindo saída de força ajustável, tamanho compacto e a capacidade de fornecer amortecimento. Elas são usadas em várias aplicações, como em suportes de elevação de capô e porta-malas automotivos, mecanismos de ajuste de altura de cadeira de escritório e maquinário industrial.

Molas de ar

As molas de ar, também conhecidas como molas pneumáticas, usam ar comprimido para fornecer resistência a forças compressivas. Elas consistem em um fole flexível ou diafragma preenchido com ar comprimido, que se expande e contrai conforme a mola é carregada e descarregada.

As molas pneumáticas oferecem várias vantagens sobre as molas mecânicas, incluindo rigidez ajustável, capacidades de nivelamento de carga e isolamento de vibração. Elas são usadas em várias aplicações, como em sistemas de suspensão a ar automotivos, montagens de isolamento de vibração industrial e equipamentos agrícolas.

Molas de folhas

Molas de lâmina são um tipo de mola plana comumente usada em sistemas de suspensão automotiva, particularmente em veículos pesados. Elas consistem em várias camadas de aço de mola curvado, conhecidas como folhas, empilhadas e conectadas nas extremidades usando manilhas de mola.

As molas de lâmina são projetadas para suportar o peso do veículo e fornecer absorção de choque, ajudando a melhorar o conforto e o manuseio do passeio. Elas podem ser configuradas de várias maneiras, como semielípticas, quarto-elípticas ou cantilever, dependendo dos requisitos específicos da aplicação.

A escolha do design da mola de lâmina depende de fatores como capacidade de carga, distribuição de peso do veículo e espaço disponível. As molas de lâmina são conhecidas por sua durabilidade, capacidade de carga e capacidade de fornecer estabilidade lateral, tornando-as adequadas para aplicações pesadas, como caminhões comerciais e veículos off-road.

Molas helicoidais

Molas helicoidais são um tipo de mola helicoidal feita enrolando um fio em um formato helicoidal, com diâmetro constante ou variável. Elas podem ser projetadas como molas de compressão, extensão ou torção, dependendo dos requisitos da aplicação.

Princípios básicos da primavera

Molas são dispositivos mecânicos que armazenam e liberam energia com base nos princípios da elasticidade e da lei de Hooke. Quando uma força é aplicada a uma mola, ela se deforma, armazenando energia potencial na forma de energia de deformação. Quando a força é removida, a mola retorna à sua forma original, liberando a energia armazenada.

A relação entre a força aplicada e a deformação resultante é descrita pela lei de Hooke, F = kx, onde F é a força, k é a constante da mola e x é a deformação. A constante da mola, também conhecida como taxa da mola, determina a rigidez da mola e depende de fatores como as propriedades do material, área da seção transversal e comprimento da mola.

As molas são projetadas para operar dentro de seu limite elástico, onde a deformação é diretamente proporcional à força aplicada. Se a força exceder o limite elástico, a mola pode sofrer deformação permanente ou falha, comprometendo seu desempenho e segurança.

A capacidade de armazenamento de energia de uma mola é determinada por sua geometria, propriedades do material e carga aplicada. O armazenamento máximo de energia ocorre quando a mola é comprimida ou estendida até sua altura sólida ou extensão máxima, respectivamente.