SCELTA DEL MATERIALE
Il primo passo per calcolare correttamente una molla a torsione è conoscere l’ambiente di lavoro, in particolare i seguenti parametri: temperatura di lavoro, esposizione ad agenti corrosivi, numero di cicli previsti e frequenza.
Questi fattori determinano la scelta del materiale corretto.
TEMPERATURA
Non tutti i materiali possono lavorare correttamente a tutte le temperature. 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 molto aggressivo (ad esempio a contatto con acqua marina, acidi, metano…) le protezioni superficiali potrebbero non essere più sufficienti: occorre un materiale in grado di resistere a questo ambiente.
NUMERO DI CICLI PREVISTI E FREQUENZA
Se una molla deve avere una durata di milioni di cicli di lavoro, occorre saperlo in fase di progettazione: una molla che funziona bene in modo statico, 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. Se la frequenza è nota, si può fare un’analisi di risonanza.
SPAZIO DISPONIBILE e PUNTI DI LAVORO DELLA MOLLA A TORSIONE
Una volta selezionato il materiale possiamo considerare lo spazio a disposizione per la molla, in particolare il diametro del perno che spesso fa da sede di una molla a torsione: il diametro interno della molla, anche al massimo angolo di lavoro, dovrà essere maggiore del diametro del perno.
Ci servirà anche conoscere i punti di lavoro previsti e la forza che la coppia deve fornire in quei punti.
La prima coppia F1 è quella al primo angolo di lavoro A1, che è a molla montata e leggermente precaricata: la molla libera avrà un angolo tra i gambi leggermente maggiore di A1 in quanto le molle a torsione per lavorare bene devono “chiudersi” nel senso dell’avvolgimento. Il secondo angolo di lavoro A2 è quello della molla al suo massimo carico F2.
La molla sarà calcolata in modo che l’angolo massimo raggiungibile prima dello snervamento sia maggiore di A2. La corsa della S molla sarà data da A2 – A1. In alternativa, possono essere indicati solo A2 ed F2 e e la costante elastica desiderata. A2 deve essere l’angolo di massima torsione che può essere raggiunto dalla molla, anche occasionalmente: se si esce dal campo elastico anche una sola volta, la molla non tornerà più alla posizione iniziale e risulterà irrimediabilmente rovinata.
Potrebbe non essere possibile rispettare tutti i vincoli forniti: spesso i carichi richiesti sono incompatibili con gli spazi disponibili e gli angoli richiesti. In questo caso calcoleremo due molle: la prima molla fornisce il massimo carico possibile rispettando gli spazi disponibili, la seconda ha il minimo ingombro possibile rispettando i carichi richiesti.
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