Calculadora de mola helicoidal de compressão

Como calcular uma mola de compressão?

Em uma mola helicoidal de compressão, a carga tende a torcer o arame, gerando tensão de cisalhamento. Três equações básicas bastam para um dimensionamento preliminar.

Rigidez da mola: k = G × d⁴ / (8 × D³ × N_a), em que d é o diâmetro do arame, D é o diâmetro médio da espira, N_a é o número de espiras ativas e G é o módulo de cisalhamento.

Tensão de cisalhamento: τ = K_w × 8 × F × D / (π × d³). K_w é o fator de Wahl, que considera a maior tensão no lado interno da espira: K_w = (4C − 1) / (4C − 4) + 0,615 / C, com índice da mola C = D / d.

Deflexão: δ = F / k.

Comprimento sólido e extremidades

Conforme a mola é comprimida, as espiras acabam se tocando. O comprimento nesse ponto é o comprimento sólido, e a mola não pode encurtar mais. Ele depende do número total de espiras e da retificação das extremidades. Uma mola com extremidades fechadas e retificadas tem duas espiras totais a mais que as ativas e comprimento sólido d × N_t. Deve haver margem para que a mola nunca atinja esse comprimento em serviço.

Exemplo

Uma mola de aço com arame de 4 mm, diâmetro médio de 32 mm e 8 espiras ativas tem k = 80.000 × 256 / (8 × 32.768 × 8) = 9,77 N/mm. O índice da mola é 8 e o fator de Wahl é 1,184. Sob 300 N, a tensão é 452 MPa e a deflexão é 30,7 mm. Com extremidades fechadas e retificadas, há 10 espiras totais e o comprimento sólido é 40 mm. Com comprimento livre de 80 mm, o comprimento sob carga é 49,3 mm, restando 9,3 mm até o sólido.

Limites

A resistência do arame varia muito com o material e seu diâmetro, por isso a ferramenta não sugere tensão admissível. Em molas sob carregamento repetido, a fadiga governa o dimensionamento e não é calculada aqui. Molas longas podem flambar. A ferramenta fornece apenas um limite aproximado para mola de aço apoiada em superfícies planas nas duas extremidades.

Perguntas frequentes

Como calcular o comprimento de uma mola comprimida?

Por exemplo, arame de 4 mm, diâmetro médio de 32 mm, 8 espiras ativas e módulo de cisalhamento de 80 GPa resultam em rigidez de 9,766 N/mm, com comprimento livre de 80 mm reduzido a 59,52 mm sob 200 N. Subtraia do comprimento livre a deflexão pela lei de Hooke. Este cálculo preliminar considera extremidades fechadas e retificadas e não abrange fadiga nem segurança detalhada contra flambagem.

Calcular com estes valores