Ensaio de molas helicoidais na indústria automobilística
Em combinação com os amortecedores, as molas de suporte, chamadas molas helicoidais, atuam como elementos de amortecimento entre a suspensão e a carroceria, sendo essenciais para o conforto de condução e a segurança dos veículos modernos. Uma mola de suspensão desempenha um papel importante na absorção dos impactos e vibrações causados pelas condições da estrada. Além disso, ela deve garantir a tração nas rodas.
Molas helicoidais – também chamadas de molas de compressão helicoidais, são elementos centrais dos sistemas modernos de suspensão. Elas servem para amortecer as irregularidades da estrada, contribuem para a segurança e tração do veículo e possibilitam uma condução confortável. Sua construção compacta e a possibilidade de serem combinadas com amortecedores fazem delas a solução preferida em diversos modelos de veículos.
As molas helicoidais são submetidas a cargas axiais, seja em tração ou compressão, durante o uso. No projeto, as molas são otimizadas para a aplicação e o tipo de veículo, devendo funcionar com muita precisão segundo suas especificações, por isso precisam ser ensaiadas detalhadamente. O peso total dos veículos elétricos modernos geralmente é maior do que o dos veículos com tração convencional, fazendo com que as molas estejam sujeitas a forças ainda maiores. Portanto, um ensaio confiável das molas é de grande importância. O sistema de ensaio de molas da ZwickRoell se destaca por uma plataforma de medição multiaxial única, com até nove células de carga que, além das forças axiais, capturam com alta precisão forças transversais e linhas de ação das forças, determinando automaticamente e conforme normas todos os parâmetros característicos da mola. Além disso, essas linhas e pontos de atuação podem ser visualizados virtualmente em tempo real na norma de ensaio desenvolvida para o software testXpert.
Parâmetros característicos típicos de molas Vetor de carga de molas helicoidais Sistemas multicanal de ensaio de molas Ensaio multiaxial de braço de mola Requisitos para sistemas de ensaio de molas Solicitar consultoria Referências
Molas helicoidais — a solução preferida em diversos modelos de veículos
Para aplicações automotivas, as molas de compressão helicoidais (comumente chamadas de molas helicoidais, molas cilíndricas ou molas espirais) são a melhor escolha, porque:
- Elas garantem de forma confiável a distância ao solo da carroceria,
- Elas funcionam de forma confiável em ambientes agressivos e sua fabricação é econômica.
- Seu design compacto permite uma instalação que economiza espaço em subestruturas ou nos braços transversais da suspensão.
- Elas podem ser combinadas com o amortecedor em uma unidade única (como em um conjunto mola-amortecedor simples ou McPherson).
- Elas apresentam uma curva característica linear ou até mesmo progressiva.
DIN EN 15800 – Valores típicos na avaliação de molas helicoidais
A norma DIN EN 15800 (que substitui a DIN 2095) especifica os requisitos de qualidade para molas helicoidais de compressão cilíndricas feitas com fio redondo de aço elástico. Molas de compressão conformadas a frio podem ser fabricadas com diâmetro de fio de até aproximadamente 16 mm. (Veja também EN 13906-1.)
As principais medidas de uma mola helicoidal padrão são:
- Comprimento da mola [Lo] – carga nominal da mola helicoidal em estado não carregado (sem carga)
- Forças da mola [F] e Comprimento da mola [L] são valores característicos da mola na faixa de trabalho
- Comprimento blocagem [Lc] – comprimento quando a mola está totalmente comprimida
- Força blocagem [Fc] – força que ocorre no contato entre as espiras quando a mola está na posição bloqueada (comprimento blocado)
- Taxa de compressão da mola [R] – aumento do valor característico da mola (força por deslocamento), em N/mm (também chamada de constante elástica da mola, rigidez ou dureza da mola)
- Forças transversais [Fx, Fy] – usadas para avaliação de atrito e desgaste
- Ponto de puncionamento – definem a linha de ação da força resultante
- Raio do círculo envolvente [De] - Raio de uma espira da mola sob carga
- Medida central - cálculo do ponto de penetração onde o vetor de força atravessa o plano de apoio da mola
Por que a medição do vetor de carga em molas helicoidais é tão importante?
No caso das molas helicoidais, o vetor de carga nunca segue ao longo do eixo médio geométrico, pois as extremidades da mola não são carregadas de forma uniforme devido à forma helicoidal, resultando em cargas multiaxiais complexas. As forças resultantes geram forças transversais, momentos de inclinação e torção que atuam na superfície de montagem do conjunto mola-amortecedor e podem causar atrito e desgaste prematuro de componentes adjacentes — como o conjunto mola-amortecedor ou válvulas.
Por isso, é fundamental, além das medições padrão, medir com precisão o vetor de carga, seus pontos de penetração, assim como as forças horizontais e os momentos — idealmente utilizando um sistema de ensaio de molas multiaxial. Além disso, esses dados podem ser exibidos em tempo real conforme as normas de ensaio específicas, usando o software testXpert da ZwickRoell.
Sistema multicanal de ensaio de molas da ZwickRoell
A ZwickRoell oferece um sistema multicanal de ensaio de molas único no mundo para a medição precisa, conforme normas e ensaios de molas helicoidais, que trabalha com nove células de carga, permitindo também a determinação dos momentos relevantes:
- 6 sensores verticais (superior e inferior)
- 3 sensores horizontais (plataforma de base)
Isso possibilita a medição simultânea das forças axiais e laterais, a determinação dos centros de força, assim como o cálculo de todos os valores característicos relevantes em um sequência de ensaio totalmente automatizado. Acima de tudo, ele possibilita a determinação dos pontos de puncionamento, que em uma mola desse tipo nunca estão no centro do eixo e, portanto, têm grande influência.
Vantagens do sistema de ensaio de molas helicoidais da ZwickRoell em resumo:
- Determinação de todos os valores característicos relevantes da mola
- Ciclo de medição automatizado
- Representação 3D das forças resultantes
- Máxima precisão de repetibilidade
- Relatórios de ensaio personalizáveis
- Medição opcional do círculo envolvente
O sistema é capaz de ensaiar todas as formas construtivas de molas, incluindo molas cilíndricas, molas tipo tambor, cônicas, ampulheta e colmeia. Cada tipo de mola apresenta exigências específicas quanto à resistência à flambagem, estabilidade lateral, espaço necessário e comportamento vibratório — aspectos que podem ser analisados de forma confiável com este sistema.
Máquina de ensaio de molas para ensaios multiaxiais de conjuntos mola-amortecedor (módulos mola-amortecedor)
Para a medição da característica de amortecimento de amortecedores hidráulicos este sistema de ensaio de molas foi equipado com três eixos de ensaio. A força vertical é aplicada pelo eixo da máquina para ensaios. Forças horizontais e torques os quais surgem na rodagem em curvas, nos processos de partida e de frenagem, etc., são gerados por meio de um atuador de ensaio eletromecânico montado horizontalmente e um drive de acionamento de torção. Os eixos de ensaio podem ser acionados individualmente e de forma independente entre si. Dessa forma é possível determinar a característica (amortecimento, atrito, viscosidade) a diferentes velocidades axiais, com e sem força lateral e/ou torque.
Quais requisitos o sistema de ensaio de molas deve atender?
Para obter resultados de ensaio confiáveis, existem requisitos adicionais que o sistema de ensaio deve atender:
- A máquina deve apresentar alta precisão de repetibilidade, a qual pode ser verificada com molas de referência.
- As placas de pressão devem apresentar alta paralelidade no estado não carregado
- Uma aplicação excêntrica da força em relação ao eixo de ensaio não deve influenciar a medição da força em mais de 1%.
A norma EN ISO 7500-1, que estabelece os requisitos para a calibração e verificação de máquinas de ensaio estáticas uni-axiais, deve ser cumprida. A ISO 7500-1 anexo 2 resume os requisitos para a calibração de máquinas de ensaio de molas. Basicamente, durante a calibração da força deve ser respeitada a classe 0,5.