Atividade: Molas, e Eixos e Árvores

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Síntese de Pesquisa
Atividade: Molas, e Eixos e Árvores
Aluna
Joyce Ingrid Venceslau de Souto
1. 	As uniões elásticas são usadas para amortecer choques, reduzir ou absorver vibrações e para tornar possível o retorno de um componente mecânico à sua posição primitiva. Já quanto ao esforço atuante, elas podem ser de tração, compressão ou de torção.
Quanto à forma geométrica, as molas podem ser helicoidais ou planas. A mola helicoidal é a mais usada em mecânica, sendo geralmente feita de barra de aço enrolada em forma de hélice cilíndrica ou cônica. Essa barra de aço pode ter seção retangular, circular, quadrada etc. Além disso, em geral, a mola helicoidal é enrolada à direita e, caso contrário, o sentido da hélice deve ser indicado no desenho. As molas helicoidais podem funcionar por compressão, tração ou torção. A mola helicoidal que funciona por compressão é formada por espirais, logo quando essa mola é comprimida por ação de algum esforço compressivo, o espaço entre as espiras (passo) diminui, reduzindo proporcionalmente o comprimento da mola. Já a mola helicoidal de tração possui ganchos nas extremidades, além das espiras, e são chamados de olhais. Para a mola helicoidal de tração desempenhar sua função, ela deve ser esticada de acordo com a solicitação mecânica trativa, aumentando seu comprimento e, em estado de repouso, ela volta ao seu comprimento original. Além disso, a mola helicoidal de torção tem dois braços de alavancas, além das espiras presentes na de compressão que servem como suporte ao esforço de torção o qual é submetido esse tipo de molas. As molas helicoidais de torção são sujeitas ao esforço indicado pelo próprio nome, produzindo uma tensão normal no arame, então, quase sempre, elas trabalham em torno de um eixo e as suas hastes podem ser direitas ou curvas e a sua constituição pode ser simples ou dupla.
Agora se tratando das molas planas, elas são feitas de material plano ou em fita e sua geometria pode ser simples, prato, feixe de molas e espiral. As molas planas simples são empregadas somente para algumas cargas já que, em geral, essa mola é fixa numa extremidade e livre na outra, logo quando ela sofre a ação de uma força, ocorre a reação de flexão na direção oposta. Já a mola prato tem a forma de um tronco de cone com paredes de seção retangular e, majoritariamente, funcionam associadas entre si, empilhadas, formando colunas cujo arranjo das molas depende da necessidade da aplicação. Observando as molas planas tipo feixe de molas, nota-se que ele é constituído basicamente de barras denominadas lâminas ou folhas de comprimento variável, unidas por um parafuso em sua parte central com exceção das mono-lâminas (monoleaf), e moldadas de maneira que fiquem retas sob a ação de uma força. O feixe trabalha sob esforço de flexo-torção do qual o esforço de flexão é predominante e acrescido de componentes de torção. Ademais, a mola espiral tem a forma de espiral, como o nome já indica, ou caracol, sendo geralmente feita de barra ou lâmina de seção retangular. Somado a isso, a mola espiral é enrolada de tal forma que todas as espiras fiquem concêntricas e coplanares.
2. 	A árvore é um elemento rotativo ou estacionário, geralmente de seção circular, e podem ser submetidas a esforços de flexão, tração, compressão ou torção, atuando de forma isolada ou numa combinação de esforços. Sobre ela são montadas engrenagens, polias, volantes, manivelas, rodas dentadas, dentre outros elementos de potência. Quando é submetida a combinação de esforços, deve-se considerar a resistência a fadiga e as demais cargas estáticas como parâmetros de projeto, uma vez que a árvore pode estar submetida a tensões estáticas, reversíveis e repetidas, agindo simultaneamente. Já o eixo é um elemento rotativo ou estacionário que não está sujeito à esforço torsional. No caso dos eixos fixos, os elementos (engrenagens com buchas, polias sobre rolamentos e volantes) são os que rotacionam. Nota-se também que ambos os elementos podem apresentar perfil liso ou composto. Ademais, tem-se o conceito conjunto de eixo-árvore que faz referência a peça que pode atuar com ambos os elementos simultaneamente e, quando se trata de eixo-árvore giratório, o eixo se movimenta juntamente ou independentemente dos seus elementos como, por exemplo, eixos de afiadores (esmeris), rodas de trole (trilhos), eixos de máquinas-ferramenta, eixos sobre mancais etc.
O cuidado deve ser tomado ao avaliar, especialmente, as árvores que sofrem esforços de torção, ou combinação de esforços que envolvem torção porque se estes excederem cerca de 50% da resistência ao escoamento por torção do material, segundo Sines, existem evidências experimentais de que a resistência a fadiga devida à flexão seja afetada por essa tensão média causada pela torção. Além disso, ao dimensionar o diâmetro de um eixo, deve-se assegurar que esse elemento não sofra escoamento através do fator de segurança contra a falha estática. 
3. 	São classificadas as extremidades das molas helicoidais de compressão em: extremidades em ponta; extremidades em ponta e retificadas; extremidades em esquadro; extremidades em esquadro e retificadas. Essa classificação serve para indicar o número de espiras inativas da mola que, subtraído do total de espiras, resulta no número de espiras ativas. Para especificação, tem-se as seguintes orientações, referentes a cada um tipo de extremidades, para obter o número de espiras ativas:
a. extremidades em ponta – subtrair meia espira;
b. extremidades em ponta e retificadas - subtrair uma espira;
c. extremidades em esquadro - subtrair uma espira;
d. extremidades em esquadro e retificadas - subtrair duas espiras.
4. 	Uma mola dupla concêntrica é caracterizada pela montagem de duas molas espirais de compressão, uma dentro da outra. As molas helicoidais duplas concêntricas são utilizadas para evitar a flambagem que ocorreria se fosse usada apenas uma mola desta, e essa montagem também é utilizada para suportar cargas pesadas, distribuindo-a melhor, e eliminar vibrações. No entanto, o uso desse tipo especial de montagem demanda algumas condições, sendo elas:
a. A tensão máxima em cada mola deve ser a mesma.
b. Os comprimentos das molas, quando livres e inteiramente fechados, devem ser os mesmos.
5. 	As molas podem ser feitas com os seguintes materiais: aço, latão, cobre, bronze, borracha, madeira, plastiprene etc. As molas de borracha e de arames de aço com pequenos diâmetros, solicitadas à tração, apresentam a vantagem de constituírem elementos com menor peso e volume em relação à energia armazenada. 
Para conservar certas propriedades das molas - elásticas, magnéticas; resistência ao calor e à corrosão - deve-se usar aços liga e bronze especiais ou revestimentos de proteção. Os aços molas devem apresentar as seguintes características: alto limite de elasticidade, grande resistência, alto limite de fadiga. Quando as solicitações são leves, usam-se aços carbono - ABNT 1070 ou ABNT 1095. As molas destinadas a trabalhos em ambientes corrosivos com grande variação de temperaturas são feitas de metal monel (33% CU - 67% Ni) ou aço inoxidável. Os aços-liga apresentam a vantagem de se adequarem melhor a qualquer temperatura, sendo particularmente úteis no caso de molas de grandes dimensões.
Como visto, os requisitos de material dependem da aplicação das molas. Contudo, de uma forma geral, os materiais para a fabricação de molas devem estar isentos de qualquer tipo de dano superficial (riscos, rugosidade, marcas, descarbonetação) e interno (inclusões, corrosão), pois são concentradores de tensão. Além disso, é ideal que possuam elevado limite elástico, para evitar deformações permanentes; elevado limite de resistência a fadiga, para evitar o perigo de fratura por fadiga; e elevada resistência mecânica, para suportar os esforços de trabalho.
6.	As molas de grande importância na mecânica, além das molas helicoidais e de lâmina, são:
1. Mola espiral ou caracol: Tem forma de lâmina fina enrolada em espiral e é fixada na extremidade interna, e são comumente utilizadasem brinquedos, portas, trenas e relógios.
2. Mola prato: Também chamada de belleville, essa mola tem forma de um tronco cônico com um furo central e paredes de seção retangular. Usada para suportar grandes cargas em condições de espaço e deflexão limitadas e quando tiver vantagem numa análise da curva força x deflexão não retilínea, pela variedade de formas de curva que essa mola proporciona, que depende da variação .
3. Mola cônica: A maioria destas molas são de compressão sendo enroladas com arame de seção circular ou retangular, na forma de um tronco de cone.
4. Mola voluta: É uma fita de aço estreita, plana, enrolada com uma hélice cônica tal que cada espira se encaixe dentro da espira anterior.
7. 	Os feixes de molas têm como característica atuar como elemento elástico e estrutural nas suspensões de eixo rígido, absorvendo os movimentos de baixa frequência e grande amplitude proporcionando conforto e estabilidade. Eles trabalham sob esforço de flexo-torção onde o esforço de flexão é predominante e acrescido de componentes de torção. Além disso, eles são mais complexos de se projetar com relação aos demais porque, principalmente, existem inúmeras variáveis para se levar em conta, como: largura, espessura, quantidade de lâminas e o ângulo dos elos que influenciam a constante da mola. Em comparação com as demais, os feixes de molas são os menos eficientes contudo, no caso de aplicações específicas como em suspensões automotivas, objetivam alinhar as rodas, embora não representem uma economia de peso. Outra desvantagem desse tipo de molas é o fenômeno da histerese cujo principal efeito negativo é a produção de ruídos então, quando aplicados em linhas de veículos pesados, requerem um maior cuidado na manutenção, por conta do atrito das lâminas. 
	Já as molas helicoidais são as mais comumente utilizadas atualmente nesse tipo de aplicação. Essa notória popularização se deve a sua característica leve e compacta, permitindo uma melhor adaptabilidade aos mais variados tipos de suspensões veiculares. Da mesma forma com os feixes de molas, o projeto de molas helicoidais para a aplicação já descrita requere os seguintes parâmetros: comprimento livre, diâmetro do fio da mola e da mola, e número de espiras ativas.
8. 	Este tipo de problema nas molas helicoidais ocorre quando a relação entre a deflexão e o comprimento livre () ultrapassa um certo valor crítico (). Especificamente, a flambagem em molas de compressão ocorrerá se o comprimento livre da mola for quatro vezes superior a seu diâmetro (), sendo “” o comprimento livre da mola e “” o diâmetro médio. 
As molas devem ser projetadas de modo a ficar afastado o perigo de flambagem, no entanto, se isto não for possível, pode-se tomar algumas precauções como, por exemplo, montá-las sobre uma haste ou guiá-las para dentro de um furo. Porém, é importante fazer um estudo no que diz respeito às guias e ao atrito causado entre as molas, pois elas interferem na relação força x deflexão e assim fazer com que o limite de resistência a fadiga (da mola) diminua.
9.	Os principais parâmetros são: diâmetros externo e interno; diâmetro da seção do arame; comprimento livre da mola; e número de espiras da mola. 
10.	Vantagens: As vantagens das molas helicoidais são diversas, a começar pela sua excelente durabilidade e alta resistência, o que torna o seu uso recomendado até para sistemas mais agressivos. Outras vantagens são a simples instalação e manuseio associado ao baixo custo, fatores que ocorrem de um modo simples e dinâmico, aumentando a produtividade do ambiente de trabalho
	Desvantagens: Para algumas aplicações específicas, como as suspensões veiculares por exemplo, existem algumas alternativas que podem ser superiores às molas helicoidais em certos aspectos, tendo em vista o seguinte: não são tão adequadas para veículos pesados quanto as molas de lâmina, devido à concentração de massa do veículo; são mais sujeitas à rachaduras e rupturas sob excessivos esforços, especialmente quando sofre ação corrosiva; e pode ser necessário aplicar outras melhorias para garantir que a mola dure mais.
	Aplicações: Molas helicoidais têm uma ampla gama de aplicações e podem ser encontradas em quase todos os produtos mecânicos, como: componentes de fechadura, amortecedores, compressores, válvulas, interruptores elétricos, eletrodomésticos, mobília doméstica, ferramental de oficina. 
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