Nos dias atuais, é possível ver um enorme avanço na concepção de novos designs de peças em geral. Os softwares de elaboração de desenhos tridimensionais se tornaram os maiores responsáveis por esse avanço. Porém, quando necessita-se alterar ou criar um item que cuja sua geometria deve trabalhar implicitamente com os aspectos da física, surge então a necessidade de utilizar o recurso CAE (Computer Aided Engineer), alinhando os novos conceitos de design e da física, através do método dos elementos finitos. Sabe-se que segundo à lei de Hooke, quase todos os materiais possuem em seu comportamento um certo efeito mola. Isso porque possuem uma relacão linear de proporcionalidade entre tensao x deformação, chamado de módulo de Elasticidade. Sob esse regime linear pode-se dizer que todo material é uma mola.

1. CONCEPÇÃO DE UM NOVO DESIGN DE MOLA ATRAVÉS DO
MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS
AUTOR : LIMA, D. S. ¹
ORIENTADOR: CAMARGO, R. ¹
1 UNISAL, campus São José, Campinas / SP
Introdução: Nos dias atuais, é possível ver um enorme avanço na concepção de
novos designs de peças em geral. Os softwares de elaboração de desenhos
tridimensionais se tornaram os maiores responsáveis por esse avanço. Porém,
quando necessita-se alterar ou criar um item que cuja sua geometria deve trabalhar
implicitamente com os aspectos da física, surge então a necessidade de utilizar o
recurso CAE (Computer Aided Enginner), alinhando os novos conceitos de design e
da física, através do método dos elementos finitos.
Sabe-se que segundo à lei de Hooke, quase todos os materiais possuem em seu
comportamento um certo efeito mola. Isso porque possuem uma relacão linear de
proporcionalidade entre tensao x deformação, chamado de módulo de Elasticidade.
Sob esse regime linear pode-se dizer que todo material é uma mola.
Metodologia: As mola helicoidais, mesmo sendo um componente extremamente
eficaz em sua geometria, requer uma geometria de alojamento muito bem
definida, variando seu comprimento de acordo com a carga estabelecida de
trabalho. Isso traz uma série de limitações para adequar a mola ao projeto, pois
nem sempre se tem um alojamento com área disponível para atender o diâmetro
da mola ou a profundidade calculada, e quando não se tem, então o projetista
deve trabalhar com um número maior de molas em um espaço maior de área de
alojamento. O pré-aperto nessas molas devem ser muito bem definido, visto que
um mínimo deslocamento adicional já lhe confere uma alta carga. Já a mola criada
com o auxílio do MEF (método dos elementos finitos), é possível eliminar a
concentração de tensão, processos na confecção de alojamento na placa e etc;
visto que ela necessita de um espaço mínimo para abrigo, além de manter a
mesma força resultante (utilizada no retorno da placa), e com o mesmo
deslocamento de trabalho.
Objetivos: Implantação de um novo design aplicado à mola de retorno de um
Conjunto de Embreagem Eletromagnética Dentada, a fim de substituir o antigo
arranjo físico constituído de molas helicoidais (conforme mostra a “figura 2”),
utilizadas para o retorno de uma Placa de Fricção (assim que o acionamento
eletromagnético é interrompido), com geometria capaz de preencher toda a área
disponível interna do Conjunto e força de retorno igual à força utilizada nas
molas anteriores. Normalmente para um Conjunto eletromagnético, utiliza-se
para força de retorno, entre 50 a 60% da força de atração da bobina solenóide.
Referências Bibliográficas :
Abaqus 6.12 edition. Abaqus/Cae Analysis User’s Manual. Providence, EUA:
Simulia, 2012.
CALLISTER, W.D. Ciência e Engenharia de Materiais – Uma Introdução, quinta
edição, Rio de Janeiro: LTC, 2002.
THELNING, K. E., Steel and Its Heat Treatment, 2nd ed., Butterworths, 1984
NORTON, R. L., Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. 4ª ed., Porto
Alegre, Bookman, 2013.
TIMOSHENKO, S. P., Resistência dos Materiais, v.1, LTC, Rio de Janeiro, 1998.
Figura 1 – (A) Diagrama de Tensão x Deformação Real e de Engenharia
(B), (C) e (D) fórmulas da lei de Hooke do Módulo de Elasticidade
Discussão dos Resultados: Utilizando a técnica MEF (Método por Elementos
Finitos) para criação de novo design de peça, é feito um esboço de um perfil
somente na área útil do curto espaço disponível, agregando as fixações pré-
existentes nos 3 pontos equidistantes. Em seguida, partindo do conceito da
mola prato, foram criadas 3 garras, visando deformação elástica.
Após a migração de todas as definições reais da peça para o software que fará
as simulações, o intuito é gerar a mesma força resultante das molas helicoidais .
Palavras Chaves: Novo Design de Mola, Mola em CAE, Simulação de Mola, Análise de Mola
Conclusão: Os estudos realizados via MEF mostram que além de um excelente
design, a mola manteve força resultante (50,6N) superior à das molas helicoidais
(48,4N)além de uma baixa tensão (100 Mpa), perante um deslocamento de 6mm.
Para esse caso, pode-se definir a classificação da mola, como sendo uma mola de
compressão, visto que sua aplicação de trabalho se dá ao comprimí-la.
Para aumentar seu limite de resistência à tração e à fadiga, foi utilizado um aço
corriqueiro de médio-carbono SAE 1045, aquecido à temperatura eutetóide de
780°C e revenido a 350°C por cerca de 5 minutos, a fim de se obter entre 50% a
80% da estrutura martensítica, que lhe garantirá uma dureza final de 45-50 HRC,
conforme mostra a “figura 5”. A “figura 6” mostra a mola fabricada com sucesso.
C
B
A
Figura 2 – (A) Modelo CAD de um Conjunto de Embreagem de atuação Eletromagnética
(B) Sub-Conjunto da Placa, e em (C) com o Pino e mola de retorno desmontados
A
Figura 3 – (A) Area de alojamento da mola helicoidal entre a placa e o Pino
(B) Tabela de cálculo da mola helicoidal
A
B
Figura 4 – (A), (B), (C) e (D) Escopo e modelamento da nova Mola no Software CAD
(E) e (F) Modelamento e Análise (utilizando software Simulia Abaqus acadêmico)
A B
D
E
C
F
Figura 5 – Grafico de: (A) Têmpera, (B) Revenimento, (C) Tipo de Estrutura obtida e
(D) Tempo de manutenção para um aço-carbono comum.
Figura 6 – (A) Mola fabricada, (B) e (C) Mola fixada na placa e (D) Alojada na Capa
A B C D
A CB D