Molas de prato DIN 2093

As molas DIN 2093 são anilhas cónicas com propriedades elásticas. São comummente conhecidas como molas de prato ou de disco, embora por vezes também sejam denominadas anilhas bellevilles. Estas molas são fabricados segundo as especificações da norma DIN 2093, que estabelece todas as características que estas peças devem cumprir.

A principal característica das molas de prato DIN 2093 é a sua capacidade de gerar uma força elástica elevada, em comparação com as molas helicoidais tradicionais, em espaços comparativamente pequenos e com deslocamentos também pequenos, se for necessário. Estas anilhas mola sofrem deflexões pequenas sob cargas grandes, havendo a possibilidade de serem montadas em série ou em paralelo, o que nos permite obter maiores deflexões e cargas.

As suas propriedades elásticas permitem-lhes trabalhar tanto em aplicações dinâmicas como estáticas.
Na tabela desta secção, encontrará a relação de todas as molas de prato standard do nosso catálogo, com os principais valores de cada mola. É possível fabricar molas noutras dimensões sob pedido.

Mola de prato sem superfícies de apoio	Mola de prato com superfícies de apoio

Séries

Algumas molas estão classificadas como A, B ou C. Esta classificação corresponde, de acordo com a norma DIN 2093, a uma relação concreta entre o diâmetro exterior da mola de prato e a sua espessura que, dessa forma, estabelece as três séries para cada medida standard:

Série A : De/t 18; molas de força elevada
Série B : De/t 28; molas de força média
Série C : De/t 40; molas de força baixa

Assim, para cada diâmetro exterior das molas definidas segundo a norma, existem três versões dessa mola com força diferente. Por esta razão, é habitual referir-se a estas molas standard mediante a letra e o diâmetro exterior (por exp.: A-50 ou B-71). Além das três séries, para um diâmetro concreto, é possível fabricar outras espessuras, que embora também cumpram a norma, não correspondem a nenhuma das três séries.

Superfícies de apoio

A norma DIN 2093 recomenda nos discos cuja espessura for superior a 6 mm, que se fabrique com superfícies de apoio. As superfícies de apoio aumentam a zona de contacto entre os pratos ajudando, assim a distribuição de tensões. Nas molas com superfícies de apoio, devemos ter em conta a espessura reduzida (t’), que habitualmente costuma ser diferente da espessura teórica (t). Isto é especialmente importante no momento de conceber um empilhamento com estas molas, pois pode afetar a altura total do empilhamento (empilhamentos em paralelo).

Podemos observar no catálogo de produto que, em alguns casos, é possível encontrar a mesma mola de prato com ou sem superfícies de apoio. Em muitos casos, ambas as molas podem realizar satisfatoriamente a mesma tarefa. No entanto, dependendo da aplicação e a forma em que a vamos usar, pode ser mais conveniente usar um em vez de outro.

Empilhamentos em série e paralelo

Pode-se empilhar as molas de prato de formas diversas, conseguindo, assim, molas com as características de força e deslocamentos de que possamos precisar. Há duas formas de empilhamento:

• Empilhamento em série: Neste caso, as molas colocam-se contraplacadas. Com este tipo de empilhamento, mantemos a força que nos daria uma peça única, mas aumentamos o deslocamento de forma diretamente proporcional ao número de molas que usamos nela.
• Empilhamento em paralelo: Para este tipo de empilhamento, coloca-se as molas na mesma direção. O resultado é uma mola com o mesmo deslocamento que o de uma peça única, mas no qual a força aumenta proporcionalmente ao número de molas que a compõem. Neste tipo de empilhamentos, deve-se ter em conta a perda de força devida à fricção produzida entre as peças. Por fim, também é possível realizar empilhamentos com anilhas de diferentes espessuras, ou com combinações de molas em paralelo em quantidade diferente. Desta forma, conseguiremos molas cuja curva de força vs deslocamento será composta por troços de rigidez diferente. Isto é assim pois as molas de menor espessura e que, por isso, oferecem uma menor resistência à carga aplicada, serão as que se deslocarão primeiro até ao aplanamento; depois, serão as de maior espessura as que, ao exercerem uma maior resistência, provocarão a partir desse ponto um aumento na força necessária para obter um deslocamento equivalente.

O correto funcionamento de um empilhamento de molas de prato, depende em grande medida da sua correta montagem. A histerese ou fricções que ocorrem entre as peças e entre as mesmas e os sistemas de orientação do empilhamento podem alterar a curva de força e deslocamento.

Por meio do programa de cálculo, que se pode encontrar na secção PROGRAMA DE CÁLCULO do menu, é possível realizar cálculos sobre empilhamentos.

É possível realizar empilhamentos combinados em série e paralelo. Isto dá-nos, obviamente, molas cuja força resultará de multiplicar pelo número de peças colocadas em paralelo e com um percurso total que será dado do número de grupos de peças (as situadas em paralelo), que empilharmos em série. Nestes resultados teóricos, é preciso efetuar sempre a pertinente correção devido à histerese.

Orientação e lubrificação

O correto funcionamento de um empilhamento de molas de prato, depende em grande medida da sua correta montagem. A histerese ou fricções que ocorrem entre as peças e entre as mesmas e os sistemas de orientação do empilhamento podem alterar a curva de força e deslocamento.

A orientação de um empilhamento de molas de prato mais comum é através do seu diâmetro interno, realizado por meio de um eixo interior às peças. Também é possível realizar uma orientação externa mediante um casquilho ou outra forma de fixação das molas. Tanto num caso como noutro, é importante respeitar as tolerâncias recomendadas em DIN 2093 que figuram na seguinte tabela:

Nos elementos de orientação, as superfícies que terão contacto com a peça devem ter sido polidas e endurecidas pelo menos a 55 HRC numa profundidade de 0,80 mm.

Em empilhamentos longos, pode ser necessário a introdução de discos separadores que evitem o efeito de encurvadura que, de outra maneira, ocorreria aumentando a fricção.

É imprescindível usar uma lubrificação correta tanto para o contacto das peças com a orientação, como entre as mesmas. Dependendo do ambiente de trabalho, são diversas as formas de lubrificação mais adequadas. Podemos usar óleos, graxas, pastas que contenham bissulfureto de molibdénio ou outros lubrificantes conforme a necessidade.

Em casos em que a fricção produzida na orientação possa ser crítica para a aplicação, existe a possibilidade de realizar orientações especiais por meio de anéis ou esferas situados entre as peças. Para realizar este tipo de orientação, é necessário mecanizar as peças para poder inserir os elementos de orientação. Através destes sistemas, é possível reduzir a fricção embora nunca se poderá eliminar totalmente.

Fadiga e relaxamento

As molas de prato, ao serem flexionadas, suportam um certo nível de tensões, que é mais elevado em alguns dos pontos da sua geometria, que noutros. Isto deve-se à deformação que sofrem ao atuarem como mola. Dependendo do nível de tensões a que submetermos a peça e do número de ciclos de trabalho que a mesma suportar, a mola irá acumulando um nível de fadiga, até ao ponto de rutura, que determinará a vida útil do empilhamento.

Não é possível prever com exatidão a fadiga, pois depende de muitos fatores. Porém, com base no deslocamento que a peça sofrer, os pontos de origem e final desse percurso, é possível realizar uma aproximação ao número de ciclos que esta mola poderá suportar. A maior utilidade deste tipo de cálculos é dada quando temos de escolher entre duas ou mais configurações de empilhamento de molas de prato para selecionar a mais idónea para uma aplicação.

As recomendações básicas para aumentar a vida de um empilhamento, são que este tenha uma pré-tensão mínima de 15% do seu percurso e que, ao aplicar-lhe a carga dinâmica, não exceda 75% do mesmo.

Ao analisar a fadiga, há que destacar a importância que tem para isso o tipo de aço e tratamento térmico que se usou ao fabricar a peça. A austenitização é um dos tratamentos que melhores qualidades elásticas dão à mola de prato. Todavia, a têmpera e o revenido usados juntamente com o “shot peening” também apresentam excelentes resultados.

Por fim, é importante destacar que qualquer mola de prato submetida a uma carga constante de compressão por um período prolongado sofrerá um relaxamento com o passar do tempo, o que resultará numa diminuição de força da mesma. Para minimizar este relaxamento, as molas de prato no seu processo de fabrico são submetidas a um processo de pre-setting, tal como marca a norma DIN 2093. Neste processo, são aplanadas totalmente e descartadas as que não conseguem recuperar totalmente a sua altura inicial.

Tal como que a fadiga, não é possível determinar com exatidão o relaxamento, salvo na prática, pois a mesma depende de muitos fatores que vão desde a temperatura às dimensões da mola, ao nível de compressão, e claro, ao tempo. Porém, podemos considerar como aproximação que um empilhamento tende a perder 5% da sua força nas duas primeiras semanas da sua montagem, a partir desse momento, deve-se estabilizar sendo insignificante a perda de força a partir de então.

Poderá encontrar mais dados acerca destas molas em: Molas de prato Din 2093

Definições:

De: Diâmetro externo
Di: Diâmetro interno
t: Espessura do material da mola
t': Espessura reduzida do material da mola para molas de disco com superfícies de apoio
ho: Deflexão máxima da mola
lo: Altura total da mola (lo = t + ho) ou para molas com superfícies de apoio
(lo = t’ + ho)
F(0,75 ho): Força em Newtons que devolve a mola a 75% do seu deslocamento ou flexão

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