Como é calculada a constante elástica da mola?

A constante elástica k para uma mola helicoidal de compressão é dada por k = Gd⁴/(8D³n), onde G é o módulo de cisalhamento, d é o diâmetro do fio, D é o diâmetro médio da espira e n é o número de espiras ativas. Esta fórmula pressupõe fio redondo e ângulo de passo desprezível.

Qual é o fator de correção de Wahl?

O fator de Wahl Kw leva em consideração a curvatura e os efeitos de cisalhamento direto em molas helicoidais. Kw = (4C-1)/(4C-4) + 0,615/C, onde C = D/d é o índice da mola. Ele aumenta a tensão de cisalhamento calculada, especialmente para índices de mola pequenos (espirais compactas).

Qual índice de mola C devo usar como alvo?

Um índice de mola C = D/d entre 4 e 12 é típico. C < 4 dificulta a fabricação de molas e causa altas tensões. C > Um valor de 12 pode causar emaranhamento e flambagem. C = 6–10 é o valor ideal para a maioria das aplicações.

O que é altura sólida e por que isso importa?

A altura sólida é o comprimento da mola quando totalmente comprimida, de modo que todas as espiras se toquem. É igual ao número total de espiras multiplicado pelo diâmetro do fio. A mola nunca deve ser comprimida até a altura sólida em uso, ou ocorrerá deformação permanente (deformação plástica).

Qual módulo de cisalhamento G devo usar?

Valores comuns: Fio de aço para instrumentos musicais (ASTM A228) G ≈ 79,3 GPa, Aço inoxidável 302 G ≈ 69 GPa, Aço cromo-vanádio G ≈ 77,2 GPa, Bronze fosforoso G ≈ 41,4 GPa. O valor de G varia ligeiramente com a temperatura e o diâmetro do fio.

Ferramenta de engenharia gratuita #064

Calculadora de projeto de mola helicoidal de compressão

Projete molas helicoidais de compressão. Insira o diâmetro do fio, o diâmetro da espira, o comprimento livre, o número de espiras ativas e o módulo de cisalhamento para calcular a constante elástica, a carga máxima, a tensão de cisalhamento e a altura em estado sólido.

Constante elástica k Fator Wahl Auto-Calculadora

Diâmetro do fio d (mm)

Diâmetro médio da bobina D (mm)

Comprimento livre L₀ (mm)

Bobinas ativas n

Material (Módulo de Cisalhamento G)

Tipo de Extremidade

Predefinições rápidas

Resultados

Constante elástica k

—

Carga máxima no ponto sólido (F)_sólido)

—

Tensão de cisalhamento máxima τ (com Kw)

—

Altura sólida

—

Índice da Mola C

—

Fator Wahl K_w

—

Perfil da Mola

Constante da Mola

Tensão de cisalhamento com correção de Wahl

Fator Wahl

onde C = D/d é o índice da mola.

Altura sólida

Material	G (GPa)	Uso típico
Fio Musical (A228)	79.3	Uso geral, alta resistência à fadiga
Cromo-Vanádio	77.2	Cargas de choque de alta tensão
Aço inoxidável 302	69.0	Resistência à corrosão
Bronze de fósforo	41.4	Elétrico, não magnético
Berílio Cobre	44.8	Não produz faíscas, condutivo

Exemplo — Mola de arame para instrumentos musicais

Dado: d = 4 mm, D = 30 mm, L₀ = 80 mm, n = 10, G = 79 300 MPa

C = 30/4 = 7,5

k = 79300 × 4⁴ / (8 × 30³ × 10) = 79300 × 256 / 2.160.000 = 9,39 N/mm

Altura sólida = (10+2) × 4 = 48 mm → Curso = 80 − 48 = 32 mm

F_sólido = 9,39 × 32 = 300,5 N

⚠️ Nota: Nunca comprima uma mola até sua altura máxima em serviço. Projete o curso de trabalho para ≤80% da deflexão disponível. Verifique se há flambagem caso o comprimento livre/diâmetro médio seja > 4.