Qual é a diferença entre mola helicoidal e mola ondulada?

As molas têm aplicações muito vastas - desde automóveis a maquinaria e eletrónica, passando por dispositivos médicos. As molas podem armazenar energia; podem ser utilizadas na absorção de choques ou para manter o equilíbrio mecânico. Entre os diferentes tipos de molas habitualmente utilizados na engenharia moderna, destacam-se as molas helicoidais e as molas onduladas Acontece que são dois deles.

Embora possam parecer itens que desempenham a mesma função, ou seja, fornecer força elástica, existem diferenças entre eles no que respeita ao design, ao material utilizado para os fabricar, às áreas de aplicação onde são utilizados e às caraterísticas de desempenho. O conhecimento destas diferenças ajudará um engenheiro, um fabricante, bem como um comprador, a selecionar o tipo certo de mola de acordo com as suas necessidades.

Este documento aborda as diferenças básicas entre molas helicoidais e molas onduladas, os seus princípios de funcionamento, a forma como são fabricadas, os tipos, as capacidades de carga e os campos de aplicação. Também abordaremos as questões mais populares sobre materiais, vida à fadiga e tratamentos de superfície.

O que é uma mola helicoidal?

Uma mola helicoidal (mola helicoidal) é definida como um dispositivo mecânico criado pelo enrolamento de um fio numa forma helicoidal (espiral). Pode estar sujeita a cargas de compressão, extensão ou torção e regressa à sua forma original quando a carga é retirada.

Principais caraterísticas das molas helicoidais:

• Fabricado em arame redondo ou quadrado - em material de aço ou em material de aço inoxidável.
• Armazenam energia mecânica através da torção da sua secção transversal.
• Pode ser encontrado nas formas de compressão, tensão e torção.
• Encontrado habitualmente em suspensões de automóveis, válvulas e todo o tipo de equipamento.
• A mola de um automóvel absorve o choque da estrada - é uma mola helicoidal de compressão em ação.

Materiais habituais:

• Aços ao carbono (ASTM A228 Music Wire)
• Aços inoxidáveis (302, 316)
• Aços de liga (silício-cromo, vanádio-cromo)
• Bronze fosforoso para aplicações que exigem resistência à corrosão.
• Ligas de Inconel e titânio para aplicações a alta temperatura ou aeroespaciais.

O que é uma mola ondulada?

Uma mola ondulada é, de facto, uma mola de arame plano de compressão. É constituída por uma série de ondas (ondulações) à volta da circunferência. Desempenhará a mesma função que uma mola helicoidal, mas numa escala muito reduzida no espaço axial. Em vez de arame redondo, o material de secção transversal tipo fita plana é enrolado em camadas com ondas sinusoidais que se comprimem sob carga.

Economizadores de espaço axial - normalmente 30% a 50% mais curtos do que uma mola helicoidal normal com a mesma carga. Caraterísticas exactas de carga e deflexão. Conjuntos mecânicos compactos: rolamentos, válvulas, conectores eléctricos.

Material:

• Aço inoxidável 17-7PH
• Inconel X-750
• Aço carbono
• Elgiloy® ou outras ligas de níquel que proporcionam resistência à corrosão e ao calor

A mola ondulada foi patenteada pela primeira vez na década de 1960, revolucionando assim a conceção de sistemas mecânicos compactos, particularmente para as indústrias aeroespacial e eletrónica.

Como funcionam as molas helicoidais e as molas onduladas?

Ambas as molas armazenam energia e libertam-na, mas o mecanismo de trabalho varia consoante a geometria e a forma do fio.

Princípio de funcionamento da mola helicoidal:

Numa mola helicoidal, quando é comprimida ou alongada, o fio fica torcido ao longo da sua hélice.

A energia é armazenada como tensão de torção dentro do fio.

Oferece uma força igual e oposta em apoio da sua deflexão, diretamente proporcional à quantidade de deflexão (Lei de Hooke: F = kx).

em que k é a rigidez que depende do diâmetro do fio, do diâmetro da bobina e do número de bobinas.

Princípio de funcionamento da mola ondulada:

Quando comprimida, os picos da onda achatam-se e a altura da mola diminui.

A força é gerada pela flexão das ondas e não pela torção do fio.

Devido à sua geometria de fio plano, proporciona caraterísticas de carga-deflexão lineares ou quase lineares.

Podem ser empilhadas várias ondas e curvas para ajustar a rigidez ou o curso.

Processos de fabrico de molas helicoidais e molas onduladas

Os métodos de produção de molas helicoidais e onduladas variam consoante a geometria e os requisitos da aplicação.

Processo de molas helicoidais:

1. o fio vai para uma máquina de enrolamento automática.

2. a bobina é enrolada com o diâmetro e o passo necessários.

3. as extremidades são planas para os tipos de compressão.

4. o tratamento térmico aumenta a elasticidade e a resistência do material.

5. os revestimentos de superfície ou a granalhagem aumentam a resistência à fadiga.

Processo Wave Spring:

1. enrolar e enrolar o fio plano num círculo.

2. ondas formadas por prensas CNC ou matrizes de conformação.

3. em seguida, a mola é tratada termicamente para obter resistência.

4. acabamento dos bordos para que não haja rebarbas, nem arestas vivas.

5.As dimensões verificadas são a altura, a carga e o paralelismo.

As molas onduladas necessitam de uma maior precisão no fabrico porque pequenas imprecisões geométricas podem influenciar fortemente o seu desempenho em termos de carga.
As molas onduladas requerem uma maior precisão de fabrico, uma vez que pequenos erros geométricos podem afetar o desempenho da carga.

Qual é a diferença entre mola helicoidal e mola ondulada?

Em suma:

As molas helicoidais são ideais quando é necessário um curso longo e cargas pesadas.

As molas onduladas são preferidas quando a economia de espaço e a precisão são fundamentais.

Tipos de molas helicoidais e molas onduladas

Tipos comuns de molas helicoidais:

1. Mola de compressão - resiste a forças de compressão.
2. Mola de extensão - resiste a forças de tração (tem ganchos ou laços).
3. Mola de torção - resiste a forças de rotação.
4. Mola cónica - tem um passo variável, é estável e pode reduzir a altura.
5. Mola em forma de barril ou de ampulheta - melhor centragem e alinhamento.

Tipos comuns de molas onduladas:

1. Mola ondulada de uma volta - perfil de onda simples, deflexão curta.
2. Mola ondulada multi-voltas - várias camadas de ondas para uma maior carga.
3. Mola ondulada aninhada- carga elevada num diâmetro pequeno, camadas empilhadas concentricamente.
4. Mola de onda entrelaçada - padrões de onda alternados para uma compressão uniforme.
5. Os tipos de folga e sobreposição permitem uma expansão axial e um ajuste com tolerância apertada.

Características de carga e deformação

A carga que cada mola pode suportar depende do diâmetro do arame, do material, do passo e da geometria.

As molas onduladas substituem frequentemente as molas helicoidais quando a montagem compacta é mais importante do que uma grande distância de deslocação - por exemplo, na pré-carga de rolamentos ou na pressão de contacto elétrico.

Caraterísticas das molas helicoidais e onduladas

Molas helicoidais:

Ter uma dimensão axial longa,

Ótimo para armazenar muita energia,

São fáceis de fazer e por isso custam menos.

Um simples ajuste permite variar para qualquer carga.

Wave Springs:

Compacto e leve

Distribuição consistente da carga

Ideal para espaços apertados

Elevada precisão dimensional

Altura de trabalho reduzida com a mesma deflexão

Disponível em aço inoxidável ou ligas exóticas

As molas onduladas são frequentemente preferidas na indústria aeroespacial, robótica e eletrónica, onde cada milímetro conta.

Vantagens das molas helicoidais e das molas onduladas

As molas helicoidais pertencem às famílias mais populares de molas mecânicas. Para a sua produção, é utilizado principalmente arame metálico, enrolado em forma de espiral. Têm uma grande elasticidade e suportam muito bem as cargas. A sua aplicação abrange o uso comum em automóveis, maquinaria e eletrónica, aparelhos eléctricos, entre outros.

Vantagens das molas helicoidais

1. Elevada capacidade de carga

Com uma elevada capacidade de carga, são capazes de suportar grandes cargas axiais num volume relativamente pequeno; por conseguinte, são utilizados na maioria das aplicações repetitivas e de carga elevada.

2. Processo de fabrico maduro

Processo de fabrico maduro, uma vez que a tecnologia de produção de molas helicoidais é muito avançada, o que resulta em baixos custos devido à elevada eficiência da produção, bem como à facilidade de produção em massa e à garantia de controlo da qualidade.

3. Longa vida útil

Processo de fabrico maduro, uma vez que a tecnologia de produção de molas helicoidais é muito avançada, o que resulta em baixos custos devido à elevada eficiência da produção, bem como à facilidade de produção em massa e à garantia de controlo da qualidade.

4. Boa estabilidade

Apresentam caraterísticas de recuperação elástica espectaculares, voltando rapidamente à sua forma inicial após a mudança, assegurando o bom funcionamento do equipamento.

5. Vasta gama de aplicações

Encontram-se em muitas aplicações, tais como suporte de automóveis, ferramentas de fábrica, configurações de absorção de impacto, peças electrónicas e aparelhos domésticos.

Vantagens das molas onduladas

As molas onduladas são fabricadas a partir de uma tira metálica plana enrolada numa forma ondulada. Em comparação com as molas helicoidais tradicionais, as molas onduladas são mais compactas e leves, o que as torna adequadas para ambientes com restrições de espaço ou de montagem de precisão.

1. Poupança de espaço

Cerca de 30% a 50% do espaço axial que as molas helicoidais utilizam com a mesma carga pode ser poupado com a utilização de molas onduladas. Isto torna-as mais adequadas para projectos miniaturizados e leves.

2. Peso mais leve

São mais leves porque, devido à sua estrutura compacta e ao diâmetro mais fino do fio, são globalmente mais leves.

3. Propriedades mecânicas uniformes

Propriedades mecânicas melhores e mais uniformes devido a uma distribuição mais uniforme da força.

4. Redução de custos

Redução de custos Nalgumas configurações, as molas onduladas substituem as anilhas, os anéis de retenção e os conjuntos de molas de várias folhas, tornando assim as peças mais simples e reduzindo o custo geral de produção.

5. Redução do ruído e da fricção

A superfície de contacto ondulada da mola ondulada serve de amortecedor e de absorvente de vibrações, o que reduz o ruído das vibrações e, consequentemente, melhora a suavidade de funcionamento do sistema.

6. Designs diversificados

As concepções que podem ser oferecidas incluem molas de onda simples, molas de onda empilhadas e molas de onda espaçadas, dependendo do espaço de instalação disponível, dos requisitos de carga a cumprir e da vida à fadiga exigida. As formas incluem molas de onda simples, molas de onda empilhadas e molas de onda espaçadas.

Aplicações das molas helicoidais e onduladas

As molas onduladas estão a substituir cada vez mais as bobinas tradicionais nos designs mecânicos compactos da próxima geração.

Como escolher entre molas helicoidais e molas onduladas

1.Restrições de espaço:

Na presença de espaço adequado, uma mola helicoidal proporciona eficiência de custos e curso longo. Para um espaço axial limitado, utilizar uma mola ondulada.

2. Necessidade de carga:

Para uma carga elevada, utilizar uma mola helicoidal. Para cargas médias ou ligeiras, a mola ondulada é ideal.

3. Ambiente de funcionamento:

Utilizar molas onduladas em aço inoxidável ou Inconel em ambientes corrosivos ou de alta temperatura; as molas helicoidais em aço carbono são suficientes para uma utilização mecânica geral.

4. Necessidades de precisão:

As molas onduladas proporcionam um melhor controlo da carga quando se trata de tolerâncias reduzidas. As molas helicoidais oferecem maior flexibilidade e são menos dispendiosas

5.Considerações sobre os custos:

As molas helicoidais são de baixo custo e fáceis em termos de produção. As molas onduladas têm um custo elevado, mas poupam espaço de montagem e peso.

Diretrizes de utilização e manuseamento

Não comprimir demasiado - reduz a vida útil na mesma medida em que elimina a fadiga.

Lubrificar as peças que trabalham umas contra as outras para evitar a corrosão e o desgaste.

Mantenha-o num local seco e fresco para que não ocorra oxidação. Verificar regularmente se existem fissuras ou deformações.

Respeitar as tolerâncias de projeto para as pré-cargas e as deflexões de funcionamento.

Certifique-se de que ambas as superfícies estão planas e devidamente assentes para as molas onduladas; o desalinhamento pode provocar uma distribuição desigual da tensão.

Perguntas frequentes (FAQ)

1. como selecionar o material - o aço-carbono é suficiente?

As aplicações mecânicas gerais fariam do aço-carbono uma escolha popular; no entanto, para ambientes altamente corrosivos ou em aplicações de alta temperatura, é aconselhável optar pelo aço inoxidável ou Inconel.

2. Como escolher o tratamento de superfície ou o método anti-corrosão?

Zincagem ou revestimento de fosfato para aço-carbono.

O aço inoxidável deve ser passivado.

Revestimento em epóxi ou teflon para ambientes químicos muito agressivos.

3. As molas podem ser personalizadas (revestimento, magnético, condutor, colorido)?

Sim, os acabamentos podem ser adaptados a requisitos como a codificação por cores, não magnéticos ou condutores para se adequarem à indústria.

4. Como é definida a inspeção das tolerâncias e das dimensões?

A tolerância depende da carga, da deflexão e do diâmetro. As normas comuns são a DIN 2098, ASTM A228 e ISO 2162.

5. Como avaliar o desempenho em termos de vida útil e de fadiga?

Efetuar ensaios de fadiga em condições de carga ciclada. Em média, a vida à fadiga das molas de aço é superior a 10⁵-10⁶ ciclos, dependendo da gama de tensões.

6. Quais são os testes de inspeção típicos?

• Carga de ensaio a uma determinada deformação
• Controlo dimensional (tamanho e diâmetro)
• Exame das fissuras superficiais
• Dureza e tração
• Ensaio de corrosão por projeção salina (específico para molas com revestimento)

Conclusão

A geometria, o desempenho e a aplicação diferenciam essencialmente as molas helicoidais das molas onduladas. As molas helicoidais são robustas, resilientes e económicas - óptimas para aplicações pesadas ou de elevada deflexão. As molas onduladas oferecem um design compacto com gestão precisa da carga, adequado para sistemas contemporâneos minimizados.

Enquanto as indústrias estiverem à procura de componentes leves, eficientes e que poupem espaço, as molas onduladas continuarão a ganhar uma popularidade imensa. No entanto, a mola helicoidal normal não pode ser substituída quando é necessária uma elevada resistência e um grande curso.

Ao escolher entre os dois, tenha em conta o seguinte:

• Espaço disponível
• Carga e deflexão necessárias
• Estado de funcionamento
• Orçamento e precisão necessários

Um engenheiro que conheça as diferenças tem mais hipóteses de obter o melhor desempenho de uma mola, a sua melhor vida útil e fiabilidade mecânica.