Come per le altre tipologie di molle (a compressione e a trazione), anche per effettuare un calcolo delle molle a torsione il più corretto possibile è necessario conoscere l’ambiente di lavoro, ovvero la temperatura, l’esposizione ad agenti corrosivi, il numero di cicli previsti e la frequenza. Considerare questi parametri è fondamentale poiché determinano la scelta del materiale corretto. Vediamoli uno ad uno, spiegando come mai siano così importanti.
TEMPERATURA
I materiali lavorano in modo diverso in base alle temperature a cui sono sottoposti.
Ad esempio, il filo EN 10270-1 va bene per una temperatura di lavoro compresa tra i -20 e +80 °C, l’INOX AISI 302 ha un range tra -200 e +250 °C, per temperature superiori occorrono superleghe di nichel quali Inconel o Nimonic.
ESPOSIZIONE AD AGENTI CORROSIVI
Se l’ambiente di lavoro è esposto ad acqua marina, acidi o metano le protezioni superficiali non reggono ed occorre quindi un materiale in grado di resistere a questo ambiente corrosivo.
NUMERI DI CICLI PREVISTI E FREQUENZA
Una molla efficiente in condizioni statiche, potrebbe avere una bassa vita a fatica.
Anche in questo caso, esistono materiali più adatti di altri alle lunghe durate (EN 10270-2)..
Anche la frequenza è importante: fare 10 cicli al minuto è diverso da farne 10 al secondo o 10 all’ora. Soltanto conoscendo la frequenza si può fare un’analisi di risonanza.
Il secondo step per il calcolo della molla a torsione, successivo alla scelta del materiale, è considerare lo spazio a disposizione per la molla, in particolare il diametro interno minimo che può avere senza essere disturbata da nessuna interferenza, con l’eventuale perno su cui la molla è posizionata.
Punti di lavoro e corsa della molla a torsione
Dopodiché, occorre essere a conoscenza dei punti di lavoro previsti, quindi la corsa che deve effettuare la molla.
L’angolo A1 a molla “scarica” (ossia montata e leggermente precaricata) e la forza F1 che deve essere fornita in A1: la molla libera sarà più aperta dell’angolo iniziale in quanto le molle a torsione, per lavorare bene, devono “chiudersi” nel senso dell’avvolgimento.
L’angolo A2, molla ad angolo massimo, e la forza F2 che deve essere fornita in A2. La molla sarà calcolata in modo che l’angolo A2 sia ancora nel campo elastico e non si abbiano snervamenti.
La corsa della S molla sarà data da A2-A1.
In alternativa, possono essere indicate A2, F2 e la costante elastica desiderata.
A2 deve essere l’angolo di massima torsione che può raggiungere la molla, anche occasionalmente: se si esce dal campo elastico anche una sola volta, la molla non tornerà più alla posizione libera e risulterà rovinata in modo irreversibile.
Lo spazio disponibile e i carichi delle molle a torsione
Può accadere che non si possano rispettare tutte le quote fornite: spesso i carichi richiesti sono incompatibili con gli spazi disponibili. Quando ci troviamo in questa situazione, calcoliamo la molla che, rispettando gli spazi, fornisce il massimo carico, e la molla che, rispettando i carichi richiesti ha il minimo ingombro.
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