Calcule a rigidez da mola k = Gd⁴/(8D³Na), deflexão, índice de mola, tensão de cisalhamento corrigida por Wahl e altura sólida de uma mola helicoidal de compressão de arame redondo.
Informe o diâmetro do arame, o diâmetro médio da espira, as espiras ativas, o material e a força para rigidez, deflexão e tensão.
Sobre esta ferramenta
A Calculadora de Mola Helicoidal de Compressão é uma ferramenta gratuita, executada no navegador, que calcula as propriedades mecânicas de uma mola helicoidal de compressão de arame redondo a partir de sua geometria e material. Ela retorna a rigidez da mola k = G·d⁴/(8·D³·Na), a deflexão sob uma dada força, o índice de mola, a tensão de cisalhamento corrigida por Wahl e a altura sólida. Informe o diâmetro do arame d, o diâmetro médio da espira D, o número de espiras ativas Na e a força aplicada F. Tudo é calculado localmente no seu navegador.
A rigidez é k = G·d⁴/(8·D³·Na), onde G é o módulo de cisalhamento do material — arame de piano é cerca de 79,3 GPa e inox cerca de 69 GPa, ou você pode informar um valor personalizado. A deflexão segue da lei de Hooke como x = F/k. O índice de mola C = D/d descreve as proporções da espira, e o fator de correção de Wahl Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0.615/C considera a tensão extra na superfície interna da espira, dando a tensão de cisalhamento de pico τ = Kw·8·F·D/(π·d³). Se você informar a contagem total de espiras Nt, a altura sólida (totalmente comprimida) é Ls = d·Nt. Trabalhe em SI (mm, N) com rigidez em N/mm e tensão em MPa, ou imperial (in, lbf) com rigidez em lbf/in e tensão em psi.
Como exemplo resolvido, uma mola de arame de piano (G = 79,3 GPa) com d = 2 mm, D = 15 mm e Na = 8 espiras ativas tem uma rigidez k = 79.300 × 2⁴ / (8 × 15³ × 8) ≈ 5,87 N/mm, então uma força de 50 N a comprime cerca de 8,5 mm. Seu índice C = 7,5 dá um fator de Wahl próximo de 1,20 e uma tensão de cisalhamento corrigida de aproximadamente 285 MPa. Mantenha a tensão de trabalho dentro do admissível do material para evitar deformação permanente e fadiga.
Perguntas frequentes
Como a rigidez da mola é calculada?
A rigidez de uma mola helicoidal de compressão de arame redondo é k = G·d⁴/(8·D³·Na), onde G é o módulo de cisalhamento, d o diâmetro do arame, D o diâmetro médio da espira e Na o número de espiras ativas. Como a rigidez escala com d⁴ e inversamente com D³, pequenas mudanças no diâmetro do arame ou da espira alteram bruscamente a rigidez.
O que são o índice de mola e o fator de Wahl?
O índice de mola C = D/d é a razão entre o diâmetro médio da espira e o diâmetro do arame, tipicamente 4–12. A correção de Wahl Kw = (4C − 1)/(4C − 4) + 0.615/C eleva a tensão de cisalhamento nominal para considerar a curvatura e o cisalhamento direto na superfície interna da espira, dando τ = Kw·8·F·D/(π·d³).
Qual módulo de cisalhamento devo usar?
Use o módulo de cisalhamento G do material: cerca de 79,3 GPa (11,5 Mpsi) para arame de piano e aço-carbono trefilado a duro, e cerca de 69 GPa (10 Mpsi) para inox 302/304. Escolha a predefinição que corresponde ao seu arame, ou escolha personalizado e informe G em GPa para outras ligas.
O que é altura sólida?
A altura sólida Ls é o comprimento da mola quando totalmente comprimida de modo que as espiras se toquem, calculada aqui como Ls = d·Nt a partir do diâmetro do arame e da contagem total de espiras Nt. Ela define o comprimento mínimo e a deflexão máxima utilizável; a mola nunca deve ser comprimida abaixo de sua altura sólida em serviço.