Como a Faixa de Deflexão Afeta a Performance de Molas Prato

Um carregamento estático é definido pela aplicação de uma carga constante ou que muda em intervalos longos, não excedendo 10.000 ciclos na vida da montagem. Em aplicações estáticas, a tensão máxima calculada no meio da vida e na superfície superior da Mola Prato é crítica (conforme ilustrado no Ponto O na Figura 2). Neste ponto, a tensão máxima calculada não deve exceder a resistência à tração máxima do material (1400-1600 N/mm2) quando a Mola Prato estiver na posição plana. Molas Prato padronizadas podem ser usadas em cargas estáticas sem desempenhar seu cálculo teórico se a deflexão é mantida abaixo de 75% do total.

Figura 2

Molas Prato carregadas de forma dinâmica podem ser divididas em duas categorias:

1. Resistência à fadiga limitada onde as Molas Prato alcançam 10.000 a 2.000.000 ciclos
2. Resistência à fadiga alta onde as Molas Prato conseguem suportar mais de 2.000.000 de ciclos

Processos como o jateamento de microesferas podem ser usados para aumentar a resistência à fadiga em Molas Prato. O jateamento de microesferas entrega tensões compressivas à superfície da Mola reduzindo a propagação de trincas.

A tensão residual de manufatura ocorre na borda do diâmetro superior interno da Mola, mostrada como Ponto I na Figura 2.

Durante a operação, essa tensão de tração muda para tensão de compressão. A resistência à fadiga é drasticamente reduzida por esta reversão de tensão. Manter a Mola Prato em uma constante pré-carga de no mínimo 15% de deflexão elimina tais reversões de tensão e aumenta a vida útil da Mola Prato.

O carregamento inicial da Mola Prato cumpre dois objetivos:

1. Em Molas Pratos sem carga, a tensão residual de tração da fabricação ocorre no Ponto I mostrado na Figura 2. O pré-carregamento da Mola muda a tensão de tração no Ponto I a uma tensão de compressão. Ao manter a parte superior da Mola sob uma tensão de compressão reduzimos o risco de propagação de trincas. A variação de tensão de tração para compressão limita de forma severa a resistência à fadiga da Mola Prato. A Mola Prato deve estar pré-carregada a um mínimo de 15% da deflexão total para eliminar tensões de tração.
2. A Mola Prato se acomoda enquanto a força inicial aplicada é distribuída uniformemente pela periferia da mola. Molas Prato são 100% simétricas. Portanto, há um leve aumento da força enquanto se acomodam durante a pré-carga. Embora este aumento de força possa ser antecipado, o mesmo não é considerado em cálculos de força/deflexão.

O aumento da carga final aumenta o valor da tensão na Mola Prato e resulta em menor resistência à fadiga. Assim como com qualquer elemento estrutural, menor deflexão acarreta menor tensão e vida útil maior. Carregar a Mola Prato além dos 75% de deflexão leva a mola além da seção linear da curva de desempenho (Figura 1), e a tensão pode aumentar de forma não-linear resultando em uma perda rápida de resistência à fadiga. Quanto menor a carga final que atende aos requisitos do projeto, maior a resistência à fadiga.

A resistência à fadiga pode ser aumentada pela diminuição da deflexão da Mola Prato. Se há uma necessidade de curso maior, Molas Prato podem ser empilhadas para fornecer maior deflexão sem aumentar a tensão individual de cada Mola resultando em maior vida útil.

A faixa de deflexão de uma Mola Prato determina sua previsibilidade e durabilidade.

Em casos de carga estática, cálculos teóricos de tensão não são necessários desde que a deflexão não exceda os 75% da deflexão total da Mola. Deflexões maiores resultam em maiores tensões que por sua vez acarretam uma perda da força elástica. O entendimento de como a faixa de deflexão impacta a vida útil da Mola Prato é chave para determinar sua resistência à fadiga.

As orientações fornecidas neste artigo são gerais por natureza. Portanto, é recomendado que Engenheiros de Aplicação especializados em projetos e especificações de Molas Prato sejam consultados para garantir que os requisitos de desempenho sejam alcançados para cada montagem específica.