Problemas com a utilização de molas onduladas em rolamentos de motores

O que é uma mola ondulada

Nas disposições do sistema de rolamentos do motor, as molas são frequentemente utilizadas para aplicar pré-carga a alguns rolamentos. Para motores grandes, são geralmente utilizadas molas de coluna. Para motores mais pequenos, são mais frequentemente utilizadas molas onduladas ou molas borboleta.
mola onduladas, como o nome indica, são componentes de mola que têm uma forma ondulada. Normalmente, são utilizados em aplicações em que a carga e a deformação são pequenas, a rigidez da mola é pequena e a força axial aplicada é pequena. O seu peso leve e tamanho reduzido tornam-nas adequadas para a redução de peso e para locais de trabalho onde o espaço é limitado.

Nos sistemas de rolamentos de motores, serve para aplicar cargas axiais nos rolamentos para minimizar o ruído do rolamento, bem como para evitar a pseudo indentação Brinell.

• Altura de trabalho reduzida

Em aplicações com restrições de espaço, poupam até 50% de espaço em comparação com as molas de arame redondas tradicionais. A poupança de espaço pode ser efectuada através da utilização de molas planas material e formas de onda sinusoidais. Como resultado, são necessários menos requisitos de material para a produção, a mola é mais compacta e o peso total da mola e dos componentes pode ser reduzido.

• Flexibilidade de design

Com base numa série de processos únicos, qualquer aspeto da mola pode ser especificamente adaptado para satisfazer os requisitos da aplicação. O número de bobinas, a espessura, o tipo de extremidades, a distribuição da forma de onda e o tipo de material podem ser personalizados de acordo com as necessidades do utilizador.

• Poupar custos

Permite uma altura de trabalho mais baixa em comparação com as molas de arame redondas tradicionais. Permite que todo o conjunto seja reduzido em tamanho, exigindo menos material para produzir, tornando o fabrico mais económico e mais rápido. Para aplicações com peças fundidas ou maquinadas no perímetro exterior, podem ser obtidas poupanças significativas nos custos das molas onduladas.

• Distribuição uniforme da força

As aplicações comuns que requerem uma distribuição uniforme da força são os materiais macios, como os plásticos utilizados em vedações, válvulas e componentes. Ao contrário das molas de arame redondas, permite uma distribuição mais uniforme da força. Durante a compressão, as molas de arame redondas podem dobrar-se ou deformar-se inesperadamente. A altura reduzida da produtos reduz erros semelhantes. A distribuição da força é uma questão fundamental da aplicação, e pode ser concebida para ter uma forma de extremidade plana numa ou em ambas as extremidades. Com 360 graus de contatoAs extremidades planas distribuem a força da mola de forma mais uniforme pelos componentes adjacentes.

• Versatilidade

Pode ser utilizado numa variedade de indústrias e é adequado para quase todas as aplicações. Exemplo:

Válvulas de fluxo: As molas de bancada controlam com precisão a deslocação linear do pistão à medida que a pressão do fluido aumenta.

Válvulas de alívio de pressão: A pressão do ar sob o conjunto provoca um aumento da carga da mola, forçando a placa a afastar-se da superfície de vedação, proporcionando assim um mecanismo de redução da pressão. Quando a pressão é reduzida, a mola regressa à sua altura de trabalho original, permitindo que a unidade volte a vedar.

Superfícies de vedação: Aplicam pressão para carregar com precisão as superfícies de contacto, vedando corretamente o fluido.

Isoladores de vibrações: Sob carga constante, os isoladores amortecem a vibração durante o funcionamento do dispositivo. São utilizados para fornecer uma curva carga/deflexão precisa e previsível.

Padrões de molas onduladas

Os produtos são utilizados principalmente para aplicar uma força axial num sistema de eixo. A deformação desta mola é a força elástica gerada pela compressão axial. A força elástica resultante é, de facto, a resistência interna da mola à deformação por flexão.

Os parâmetros específicos podem ser consultados na norma JB/T7590 "Condições técnicas das molas onduladas de aço para máquinas eléctricas" ou obtidos junto dos fornecedores de molas onduladas.
O material dos produtos é aço para molas, o grau é 65Mn, após o tratamento de oxidação da superfície, a sua dureza é entre 45-52HRC.
A gama de tamanhos na norma nacional é D16-D240, e os seus diâmetros internos variam entre 11,7 mm e 204 mm. Os tamanhos que excedem esta gama requerem uma consideração adicional ou a utilização de métodos alternativos.

Elasticidade de molas onduladas

É fácil ver a partir da norma que as molas onduladas têm uma altura livre H. Ao mesmo tempo, no ensaio padrão há uma altura de ensaio h. Isto é, quando a mola é deformada da altura livre H para a altura de ensaio h, a força da mola deve estar dentro do intervalo dado pela norma.
Se a deformação da mola exceder este intervalo em condições reais de trabalho, a força da mola não está dentro deste intervalo. Este é um problema comum encontrado por muitos fabricantes de motores. Por vezes, a deformação da mola é demasiado grande, outras vezes é demasiado pequena. A chamada deformação demasiado grande ou demasiado pequena não atinge a altura de ensaio prevista na norma.
Por outro lado, a tensão pós-teste e a tenacidade dos produtos são especificadas na norma. O tamanho da elasticidade da mola não deve ser inferior a 90% do valor mínimo após o ensaio na norma acima referida. Da mesma forma, após uma certa quantidade de flexão, não deve ocorrer qualquer dano.
Por conseguinte, a simples aplicação de pressão na mola não deve resultar em rutura ou numa grande alteração da elasticidade, desde que esteja dentro do intervalo de deformação.

Pré-carga de molas onduladas e rolamentos de motores

Uma vez que a função da mola ondulada no sistema de rolamento do motor é aplicar carga axial, a força desta mola deve ser igual ao valor de pré-carga que precisa de ser aplicado. Ou seja, a força da mola na altura do ensaio (isto é, a altura após a deformação) deve estar dentro do intervalo do valor de pré-carga axial necessário para a chumaceira.

Aplicações de molas onduladas

• Conectores eléctricos aeroespaciais

Os dois produtos de engate de camada única deste dispositivo exercem uma força constante sobre a junta quando comprimidos, proporcionando a garantia de uma ligação contínua.

• Aplicações da válvula de fluxo

À medida que a pressão do fluido aumenta, a mola controla com precisão o deslocamento linear do êmbolo, que posicionará o orifício do fluido para permitir um fluxo de fluido adequado.

• Ferramentas de corte multi-dentes

A ferramenta de corte utiliza um produto especialmente concebido que é fabricado com uma ponta de localização. A mola ondulada exerce pressão sobre as duas metades da ferramenta de corte, unindo-as e permitindo-lhes oscilar.

• grupo

Quando o ar comprimido é aplicado através da válvula, a mola ondulada comprime-se para manter com precisão uma determinada pressão que regulará com exatidão o fluxo da válvula.

• Válvula de comutação de alívio de pressão

A pressão exacta é obtida através desta mola. A pressão do ar sob este dispositivo faz com que a carga da mola aumente, forçando a placa a afastar-se da superfície de vedação, proporcionando assim um mecanismo de alívio da pressão. Quando a carga aplicada à mola é reduzida, a unidade está pronta a vedar novamente.

• válvula de água

As molas onduladas, também conhecidas como molas de compressão de arame plano, impedem a rotação do manípulo da válvula, mantendo uma carga constante e engatando as roscas no eixo. À medida que o manípulo roda no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, a resistência da mola aumenta, reduzindo a probabilidade de rotação contínua.

• vedação facial

Aplicam pressão para vedar corretamente os líquidos, aplicando com precisão a carga a superfícies de aço-carbono com base nas superfícies de contacto. Os produtos funcionam numa gama de funcionamento fixa e fornecem uma força exacta. Substituem as anilhas onduladas estampadas que não mantêm o rácio de elasticidade necessário. Deve ser aplicada uma pressão exacta da superfície de aço-carbono à superfície de vedação fornecida pela mola para evitar o desgaste excessivo e manter uma vedação adequada.

Problemas frequentemente encontrados na aplicação de pré-cargas com bobinas

• Desgaste da mola ondulada

Alguns engenheiros pensam que as superfícies das molas são tratadas termicamente e que, por isso, ocorrerá desgaste nas superfícies dos rolamentos. Será que é mesmo esse o caso? A dureza do anel exterior dos rolamentos rígidos de esferas é de cerca de 56 HRC, ao passo que a dureza das molas onduladas é de 45-52 HRC, como já foi referido, pelo que, quando o desgaste ocorrer, as molas serão mais severas.
No entanto, este desgaste é prejudicial para o mola de onda e, por conseguinte, à pré-carga do rolamento. Então, porque é que esse desgaste ocorre depois de a mola ter sido comprimida e deformada? Teoricamente, o anel exterior da chumaceira também não deve estar a rodar e, mesmo que haja uma ligeira fluência, não deve ocorrer um desgaste tão acentuado. (Com a exceção do anel exterior em funcionamento)
Parece altamente provável que o sistema de rolamentos esteja a vibrar durante o funcionamento, e a direção desta vibração pode ter componentes radiais e axiais. Como resultado, ocorreu uma fricção de contacto entre a face da extremidade da chumaceira e a mola e ocorreu esse desgaste.
É claro que também existe a possibilidade de o anel exterior da chumaceira estar a funcionar seriamente, mas este fator pode ser facilmente constatado observando o anel exterior.

• Quebra de mola da onda

Sabemos pelas normas dos produtos que as molas onduladas têm um certo grau de resistência. Se for aplicada uma força axial a uma mola num motor, a deformação da mola dentro de um intervalo razoável não prejudica a capacidade da mola. Mesmo que o intervalo de deformação seja ultrapassado e a mola perca a sua capacidade elástica, não se partirá, tendo em conta a elasticidade do metal.

As fracturas nos metais são inicialmente causadas por fadiga, pela mesma razão que a fadiga nos rolamentos. Muitas vezes, as tensões de cisalhamento são repetidas um certo número de vezes, levando à fadiga.
Há dois factores envolvidos, um é a tensão de corte e o outro é a recorrência. Se a mola em forma de onda apenas numa tensão de cisalhamento, é difícil a fratura por fadiga. Isso deve ser o resultado da ocorrência recíproca de tensão de cisalhamento. No caso dos motores, a maior possibilidade é que o motor esteja a trabalhar numa situação de vibração e a mola continue a comprimir-se, a recuperar, a comprimir-se novamente e a recuperar novamente.

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