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Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Dimensionamento e Projeto de Molas Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S 2 Lo Li Lm Ls Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (01) 3 8 d FD Ks = C C Ks 2 12 + = Uma equação bastante geral e com bons resultados práticos pode ser escrita conforme a equação 01. Ks é um fator de correção de tensão de cisalhamento. (02)d D C = C é o índice de mola 3 d F F T = F.D/2 D A F J rT máx += . Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S • A equação 01 despreza o efeito da curvatura do fio no processo de fabricação. •Esta curvatura promove um aumento de tensão na região interna da mola. •Em carregamento estático esta tensão promove um encruamento do material devido ao escoamento localizado, podendo ser ignorada. •Em carregamento dinâmico, pode ter efeito crucial na determinação do número de ciclos de vida da mola. 4 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (03) 3 8 d FD KB = •Fatores de curvatura foram definidos de forma indireta por Wahl e Bergsträsser. CC C Kw 615,0 44 14 + − − = •Kw e KB incluem tanto um fator de curvatura como um fator de tensão de cisalhamento, dispensando o uso de Ks. •Kw e KB diferem cerca de 1% para valores de C maiores que 6. Neste caso é preferível o uso do fator de Bergsträsser. 34 24 − + = C C KB 5 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (04)AG lF JG lT U 22 22 += Deflexão de molas helicoidais U = Energia de deformação G d DNF G d DN D F U a a 4 2 32 2 2 2 2 4 2 + = Na = No de espiras ativas (05) 2 2 4 32 24 Gd DNF Gd NDF U aa += 6 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (06) 24 3 48 Gd FDN Gd NFD F U y aa += = Deflexão de molas helicoidais Segundo o teorema de Castigliano para deformação, temos que: Utilizando a equação 02 podemos reescrever esta equação conforme abaixo: (07) 4 3 24 3 8 2 1 1 8 Gd NFD CGd NFD y aa += 7 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (08a) 4 38 Gd NFD F y F k a = Deflexão de molas helicoidais Constante de mola (k) aND Gd k 3 4 8 8 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S aN RR RR 2 12 1 − += Molas Cônicas Molas cônicas tem seu diâmetro de espiras variando ao longo do comprimento. Considerando que esta variação segue a equação abaixo: Então, resolvendo pelo método de Castigliano é possível obter a constante de mola conforme a equação abaixo: 9 (08b) ( )( )212212 4 .16 RRRRN Gd k a ++ = Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (11) (09)2 22 hb D F= Molas de seção transversal retangular (10)GJ ND Fy t a 4 3 = 3 3hbJt = Para h/b = 1 1,5 2 3 4 5 6 8 10 ∞ 2 0,208 0,231 0,246 0,267 0,282 0,291 0,299 0,307 0,312 0,333 3 0,14 0,196 0,229 0,263 0,281 0,291 0,299 0,307 0,312 0,333 F F T = F.D/2 b D h l Tabela 01 10 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de seção transversal retangular (12) l cos4=máx h/b D/b= 3 4 5 6 10 D/h= 3 4 5 6 10 1 1,46 1,33 1,26 1,21 1,12 1,46 1,33 1,26 1,21 1,12 1,5 1,41 1,30 1,235 1,19 1,11 1,32 1,18 1,11 1,07 1 2 1,39 1,28 1,22 1,18 1,11 1,26 1,13 1,06 1,03 1 3 - - 1,215 1,18 1,10 1,24 1,10 1,07 1,06 1,05 4 - - - 1,18 1,10 1,25 1,16 1,12 1,10 1,05 5 - - - - 1,085 1,27 1,19 1,16 1,12 1,07 b D h D h b V a lo re s d e 4 l l 11 Tabela 02 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Tipos de extremidades de molas Termo Plana Plana e Faceada Extremidade fechada Ext. Fechada e Faceada Espiras não ativas (Ne) 0 1 2 2 Espiras totais (Nt) Na Na + 1 Na + 2 Na + 2 Comp. livre (Lo) pNa + d p(Na +1) pNa + 3d pNa + 2d Comp. sólido (Ls) d(Nt + 1) dNt d(Nt + 1) dNt Passo (p) (Lo-d)/Na Lo/(Na+1) (Lo – 3d)/Na (Lo – 2d)/Na Tabela 03 12 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (13) −−= 2 2 1 ' 11' eff ocr C CLy l Estabilidade de molas helicoidais Molas helicoidais sujeitas a cargas de compressão, assim como barras esbeltas, podem flambar quando não estão inseridas em um furo ou tem um eixo guia. A deflexão crítica ycr é dada pela equação abaixo: D LC o eff .'3=l leff é o índice de esbeltez efetivo condição de extremidade C’3 Extremidades fixas (perpendiculares ao eixo da mola e planas) 0,5 Uma extremidade fixa e a outra articulada 0,707 Ambas extremidades articuladas 1 Uma extremidade fixa e outra livre 2 C’1 e C’2 são constantes elásticas )(2 '1 GE E C − = ( ) EG GE C + − = 2 2 ' 2 2 13 Tabela 04 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (14) ( ) EG GE C D Lo + − 2 2 ' 3 Estabilidade de molas helicoidais A estabilidade absoluta ocorre quando o termo (C’2/l 2 eff)>1, logo: 14 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Materiais para fabricação de molas Materiais utilizados na fabricação de molas devem ter grande capacidade de deformar-se elasticamente quando carregados e retornar a sua forma original quando não estiver carregado. Ensaios realizados demonstraram que, em papel log-log, alguns materiais geram um gráfico de Resistência à Tração x diâmetro muito próximo de uma linha reta, conforme a equação abaixo: Sendo A e m coeficientes ajustados de acordo com os resultados de cada ensaiomut d A S = Utilizando aço como o material da mola pode-se utilizar as seguintes relações: 0,6Sut < Sy < 0,9Sut E segundo a teoria da energia de distorção: Sys = 0,577 Sy, logo: 0,35 Sut < Ssy < 0,52 Sut 15 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Materiais para fabricação de molas Designa- ção Composição % Sut MPa Sy MPa Dureza HB Trat. Térmi co Utilização C Si Mn Outros 50 M 7 0,45 0,55 <0,4 1,50 2,00 - 1200 1050 340 400 H Molas de lâminas para veículos automóveis 48 S 7 0,45 0,52 1,60 2,00 0,50 0,80 - 1200 - 370 520 T Molas de lâminas para veículos ferroviários 55 S 7 (AISI 9255) 0,50 0,60 1,40 1,90 0,50 0,90 - 1300 1100 370 430 H Molas de lâminas (espessura até 10 mm) para veículos rodoviários e ferroviários 65 S 7 0,60 0,70 1,40 1,90 0,50 0,90 - 1350 1150 385 445 H Molas de lâminas (espessuras > 10mm) para veículos rodoviários e ferroviários 50 CV 4 0,45 0,55 <0,4 0,60 0,90 1% Cr 0,1%V 1350 1200 385 445 H Molas de lâminas para grandes solicitações Conforme DIN 17220 – DIN 17222 - Módulo de Elast. (E) = 21kgf/mm2 - Módulo de Elast. Trans. (G) = 8300 kgf/mm2 Tratamentos Térmicos: H = temperado em óleo e revenido; T = temperado em água e revenido Fonte: www.totalmateria.com16Tabela 05 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Materiais para fabricação de molas 17 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Materiais para fabricação de molas 18 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Materiais para fabricação de molas 19 Tabela 06 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S A229 20 Tabela 07 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Materiais para fabricação de molas Resistênciade escoamento torcional máxima (Ssy) para molas helicoidais de compressão em aplicações estáticas. Valores mais detalhados na Tabela 07. Percentagem Máxima de Resistência à Tração Sem tratamento para alívio de tensões Com tratamento para alívio de tensões Aço carbono repuxado a frio (A227, A228) 45% 60-70% Aço carbono endurecido e revenido e aço de baixa liga (A229, A230, A232, A401) 50 65-75 Aços austeníticos inoxidáveis (A313) 35 55-65 Ligas não-ferrosas (B134, B159, B197) 35 55-65 Tabela 08 21 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Projeto de Molas para Serviço Estático Os itens abaixo devem ser observados no projeto de molas helicoidais 22 1. 4 ≤ C ≤ 12 2. 3 ≤ Na ≤ 15 3. O comportamento linear força-deflexão não ocorre para deflexões muito pequenas nem muito próximas do fechamento da mola. Assim, deve-se concentrar o trabalho da mola aos 70% centrais da curva de deflexão 4. Coeficiente de segurança: ns ≥ 1,2 5. Custo do Material Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (15) Frequência crítica de molas helicoidais Quando molas helicoidais são usadas em aplicações com movimento alternativo rápido, suas dimensões devem ser definidas de modo que a sua frequência natural não esteja próxima da frequência da força aplicada. O baixo amortecimento interno das molas resulta num efeito de ressonância, gerando tensões prejudiciais. A equação regente para a vibração de uma mola é: 2 2 22 2 t u kgl W x u = x = coordenada axialu = movimento ao longo de x k = constante de mola g = aceleração da gravidade l = comprimento da mola W = peso da parte ativa da mola g = Peso específico do material 4 22 g aDNdW = 23 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (16) Frequência crítica de molas helicoidais As frequências naturais para uma mola colocada entre duas placas planas e paralelas são: w = frequências harmônicas (rad/s) m = no inteiro (m = 1, 2, 3,...) Frequência fundamental: m = 1 Sabendo que w = 2f , e considerando m = 1, temos: (17)W kg f 2 1 = Frequência fundamental (m=1) quando as duas extremidades da mola estão em contato com os apoios. (18)W kg f 4 1 = Frequência fundamental (m=1) quando apenas uma extremidade da mola está em contato com o apoio. A frequência crítica fundamental da mola deve estar acima de 15 vezes a frequência gerada pela força excitante W kg mw = 24 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Fadiga de molas helicoidais •Todas as molas estão sujeitas a carregamentos de fadiga, seja de baixo ou alto número de ciclos; •Jateamento de esferas induz tensões compressivas na superfície da mola, gerando um efeito benéfico relativo à resistência à fadiga. Este processo chega a aumentar em 20% a resistência à fadiga por torção. •Zimmerli descobriu que o tamanho, o material e a resistência à tração não tem nenhum efeito nos limites de resistência (vida infinita somente) de aços para mola com tamanhos inferiores a 10 mm. Ssa Ssm MPa ksi MPa ksi Sem jateamento 241 35 379 55 Com jateamento 398 57,5 534 77,5 25 Tabela 09 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Fadiga de molas helicoidais 26 1ª etapa: trabalho à frio 3ª etapa: jateamento, induz tensões compressivas na superfície 2ª etapa: forno alívio de tensões Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (19) Fadiga de molas helicoidais •Ensaios exaustivos mostraram que para espécimes cilíndricos, sem entalhe, polidos e sujeitos à tensão de cisalhamento por torção, a tensão máxima alternante que pode ser imposta sem causar falha é CONSTANTE e independente da tensão média no ciclo, desde que a tensão máxima não iguale ou exceda a resistência ao escoamento por torção do metal. •Na construção de certos critérios de falha no diagrama de fadiga de torção, o módulo torcional de ruptura Ssu é necessário: Ssu = 0,67 Sut 27 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (20a) Fadiga de molas helicoidais • Segundo o critério de falha de Gerber-Zimmerli pode-se encontrar Sse para um material com Sut = 1200 MPa: 1 2 = + su sm se sa S S S S MPa310 1200.67,0 379 1 241 2 = − =seS (20b) • Segundo o critério de falha de Goodman-Zimmerli tem-se: 1=+ su sm se sa S S S S MPa456 1200.67,0 379 1 241 = − =seS • Dentre os critérios de falha percebe-se que o de Gerber é mais conservador que o de Goodman. 28 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Fadiga de molas helicoidais •Carregamento típico de uma mola de compressão. t máx m mín a a r •O pior caso ocorre quando não existe pré carga (mín=0). (21) 2 mínmáx a FF F − = 3 8 d DF K aBa = (22) 2 mínmáx m FF F + = 3 8 d DF K mBm = 29 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas helicoidais de tração •As tensões no corpo de molas de tração são tratadas igualmente às molas de compressão; •Quando a mola possui extremidade de gancho, este sofre tensões de flexão e torção. 30 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Extremidades para molas de tração. (a) Projeto usual; a tensão em A é devida à combinação de força axial e momento fletor. (b) vista lateral de a; a tensão é em sua maior parte torção em B. (c) Projeto melhorado; a tensão em A é devida à combinação de força axial e momento fletor (d) Vista lateral de c; a tensão é em sua maior parte torção em B Nota: O raio r1 está no plano da espira de extremidade para a tensão de flexão de viga curva. O raio r2 está a um ângulo reto com a espira de extremidade para tensão torcional de cisalhamento. 31 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas helicoidais de tração •A tensão máxima de tração que ocorre no ponto A do gancho (tração + flexão) é dada por: (23) ( ) += 23 1 4)2(16 dd r KF AA ( ) ( )14 14 11 1 2 1 − −− = CC CC K A (K)A é um fator de correção de tensão de flexão para a curvatura da mola d r C 11 2 = 32 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas helicoidais de tração •A tensão máxima de torção que ocorre no ponto B do gancho é dada por: (24) ( ) 3 2)2(8 d rF K BB = ( ) 44 14 2 2 − − = C C K B (K)B é um fator de correção de tensão de cisalhamento para a curvatura da mola d r C 22 2 = 33 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas helicoidais de tração •Molas de extensão podem ser fabricadas de forma a terem uma resistência inicial às forças de tração sem apresentar deformação (Fi) C é o índice de mola y F Fi (25) psi C e C i − −= 5,6 3 41000 33500 105,0 34 •A faixa de tensão incial aceitável devido à Fi é: Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (27) (26) Molas helicoidais de tração •O comprimento livre (Lo) medido entre os ganchos é: Lo = 2(D-d)+(Nb+1)d = (2C - 1 + Nb)d •O número de espiras ativas para calcular a constante de mola conforme a equação 08 é dada pela equação abaixo: NB é o número de espiras de corpo G é o módulo de elasticidade transversal E é o módulo de elasticidadeE G NN ba += 35 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Carregamento estático - molas de tração •Normas para as tensões máximas admissíveis para aplicações estáticas de molas deextensão são dadas abaixo Percentagem da resistência de tração Em torção Em flexão Materiais Corpo Gancho Gancho Aços carbono patenteados, repuxados a frio ou endurecidos e revenidos, e aços de baixa liga (A227, A228, A229, A230, A232, A401) 45-50% 40% 75% Aço austenítico inoxidável e ligas não-ferrosas (A313, B134, B159, B197) 35 30 55 36 Tabela 10 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (28b) Fadiga de molas helicoidais de tração • O dimensionamento de molas helicoidais de tração pode utilizar os dados de Zimmerli baseados na torção de molas de compressão e na teoria de distorção. • Um método indicado pela Associated Spring segue abaixo: 2 2 1 2 − = su sr sr se S S S S Percentagem da resistência à tração (aço inoxidável e ASTM A228) Torção (Ssr) Flexão (Sr) No ciclos Corpo Gancho Gancho 105 36 34 51 106 33 30 47 107 30 28 45 Menos conservador Mais conservador (28a) 2 2 1 2 − = ut r r e S S S S 37 Tabela 11 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais •Quando uma mola de espiras helicoidais está sujeita à torção de extremidade, ela é chamada de mola de torção. •O fio em uma mola de torção está em flexão. 38 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais (29) ob N 360 inteiro += Espiras Totais Tolerância ±graus ≤ 3 8 ≤ 10 10 ≤ 20 15 ≤ 30 20 > 30 25 Valores válidos para D/d até 16 39 Tabela 12 L Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais •Tensão de flexão no fio: (30) K é um fator de correção de tensão e tem valor distinto quando se considera a parte interna ou externa da molaI Mc K= (31)( )14 14 2 − −− = CC CC Ki (32)( )14 14 2 + −+ = CC CC Ko A tensão máxima sempre ocorrerá na parte interna da mola, logo: (33)I Mc Kimáx = Considerando um fio redondo, fica: 3 32 d M Kimáx = 40 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais •Deflexão e constante de mola: •A deflexão de uma mola de torção pode ser dada em radianos () ou em revoluções (’) •A extremidade de uma mola de torção pode ser considerada como uma viga engastada. (34)12 12 2 2 1 1 − − === MMMM k EI Fl l y e 3 2 == Fio Redondo Ed Ml e 43 64 = ye l 41 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais •Deflexão e constante de mola: •A energia de deformação em flexão é dada por: •Para uma mola de torção M = Fl = F1r e a integração deve ser feita sobre todo o comprimento do fio de corpo-espira. A força F defletirá por uma distância r. Aplicando o teorema de Castigliano, temos: = dxEI M U 2 2 = = EI dxrF FF U r bDN 2 22 0 Fio Redondo Ed MDNb b 4 64 = (35) + += D ll N Ed MD btotal 3 64 21 421 eebtotal ++= 42 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (37) Molas de torção de espiras helicoidais •Efeitos diversos que ocorrem neste tipo de mola exige uma alteração nas equações anteriores, gerando resultados mais próximos de valores obtidos experimentalmente. (36) aDN Ed k 8,10 ' 4 = (38) Ed MDNa total 4 8,10 ' = (39) Ed MDNb b 4 8,10 ' = 43 𝑁𝑎 = 𝑁𝑏 + 𝐿1 + 𝐿2 3𝜋𝐷 atotal DN EdM k 64 4 == [N.m/rad] aDN Ed k 2,10 ' 4 = [N.m/volta] Número de espiras ativas em molas de torção Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais •Em trabalho, as molas de torção tendem a reduzir o seu diâmetro interno.É importante que este diâmetro não se iguale ao diâmetro do eixo guia da mola. •O diâmetro médio D’ da mola em trabalho pode ser calculado por: •A folga diametral (D) entre a mola (D’i) e o eixo (De) é: •Substituindo os valores e resolvendo para Nb, definimos o número de espiras de corpo necessária para uma folga especificada. bb b N DN D ' ' + = ei DD −=D ' (40) ( ) eixo eixob b DdD Dd N −−D− ++D = ' E o diâmetro interno fica: dDD i −= '' 44 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais •Resistência Estática •Os valores da Tabela 08 podem ser divididos por 0,577 (de acordo com a teoria da energia de distorção), ficando: Percentagem Máxima de Resistência à Tração Material Sem tratamento para alívio de tensões Fio musical de aço carbono repuxado a frio (A227, A228) 78% Aço carbono endurecido e revenido e aço de baixa liga (A229, A232, A401) 87 Aços austeníticos inoxidáveis (A313) 61 Ligas não-ferrosas (B134, B159, B197) 61 45 Tabela 13 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais •Resistência à Fadiga •Considerando a razão de tensão R=0=mín/máx para tensão de flexão repetida, os valores de resistência à fadiga são fornecidos pela Associated Spring: Percentagem Máxima de Resistência à Tração (Sr) para molas helicoidais de torção em aplicações cíclicas (KB corrigido) Sr ASTM A228 e Aço inoxidável 302 ASTM A 230 ASTM A 232 Vida de Fadiga (ciclos) Sem jateamento Com jateamento Sem jateamento Com jateamento 105 53 62 55 64 106 50 60 53 62 Condições: sem vagueação e com tensões residuais aliviadas 46 Tabela 14 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de torção de espiras helicoidais •Resistência à Fadiga •Conforme o critério de falha por fadiga de Gerber a componente de amplitude da resistência é: •O coeficiente de segurança (nf) contra a falha de fadiga é: (41) 2 2 1 2 − = u r r e S S S S (42) ++−= 2 22 2 11 2 ut e e ut a rS S S Sr S (43) ++− = 22 211 2 1 a e ut m m ut e a f S S S S n a a f S n = 47 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de flexão •Molas de flexão são muito utilizadas em suspensões de veículos rodoviários de pequeno e grande porte. •Nestes casos as molas são geralmente bi-apoiadas, suportando um carregamento central. •Para fins de cálculos estas molas podem ser consideradas engastadas numa extremidade e livres na outra. FFF 2F 48 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (44c)(44b)(44a) Molas de flexão •Molas de flexão com seção transversal constante EI Fl e 2 2 = EI Fl ye 3 3 = l W F f = F ye l Seção Transversal I Wf Retangular b.h3/12 b.h2/6 Circular .d4/64 .d3/32 Anular .(do 4-di 4)/64 .(do 4-di 4)/32d 49 Tabela 15 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S (45c)(45b)(45a) Molas de flexão •Molas de flexão com seção transversal variável EI Fl qe 2 2 2= EI Fl qye 3 3 1= l W F f =F ye l q1 q2 bo/b = 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 ho/h = 1,0 1,0 1,0 1,05 1,07 1,12 1,17 1,20 1,30 1,31 1,49 1,5 2,0 0,8 1,18 1,25 1,25 1,35 1,34 1,46 1,45 1,675 1,61 1,98 1,88 2,81 0,6 1,46 1,67 1,55 1,83 1,67 2,04 1,82 2,34 2,06 2,84 2,50 4,44 0,4 1,89 2,50 2,04 2,78 2,24 3,14 2,50 3,75 2,90 4,79 3,75 8,75 0,2 2,87 5,00 3,16 5,72 3,54 6,75 4,09 8,40 5,00 11,67 7,5 30 50 Tabela 16 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Molas de flexão •Molas de flexão: Feixe de molasF (a) (a) bo b h (b) (b) F bo L (a) Mola de lâmina trapezoidal; (b) Feixe de molas de lâmina constituídas pelas justaposições das várias faixas em que foi dividida a mola de lâmina (a). (c) (d) Formas de junção das lâminas (c) Pino central; (d) Abraçadeira. O atrito entre as lâminas gera um aumento de 2 a 12% da força necessária para que se obtenha a flecha calculada conforme as equações anteriores. 51 Prof. Me. Eng. Mec. Vagner Grison MEC0287 – PROJETO DE SISTEMAS MECÂNICOS 1 M O L A S Referência Bibliográfica NIEMANN, Gustav. “Elementos de Máquina”. Volume I. Editora Edgard Blücher Ltda. 7a reimpressão. 1995. NORTON, Robert L. “Projeto de Máquinas – uma abordagem integrada”. Bookman. 4a edição. 2013. ROARK, Raymond J., YOUNG, Warren C. “Formulas for Stress and Strain”. McGraw-Hill. 5a edição. 1975. SHIGLEY, Joseph E., et.all., “Projeto de Engenharia Mecânica”. Editora Bookman. 7ª edição. 2005. 52
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