SCELTA DEL MATERIALE
Il primo passo per calcolare correttamente una molla a trazione 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.
SPOSIZIONE 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 TRAZIONE
Una volta selezionato il materiale, possiamo considerare lo spazio a disposizione per la molla, in particolare il diametro massimo che può avere la molla perché non abbia interferenze di nessun tipo con altre parti del dispositivo su cui andrà montata.
Ci servirà anche conoscere i punti di lavoro previsti e la forza che la molla deve fornire in quei punti.
La prima forza F1 è quella alla prima lunghezza di lavoro L1, che è a molla montata e leggermente tirata: la molla libera sarà più corta di questa misura. La seconda lunghezza di lavoro L2 è quella della molla al suo massimo carico F2. La molla sarà calcolata in modo che la lunghezza massima raggiungibile prima dello snervamento sia maggiore di L2. La corsa della S molla sarà data da L2 – L1. In alternativa, possono essere indicate la sola L2 ed F2 e e la costante elastica desiderata. L2 deve essere la quota più lunga che può essere raggiunta dalla molla, anche occasionalmente: se si esce dal campo elastico anche una sola volta, la molla non tornerà più alla lunghezza libera iniziale ma rimarrà a spire aperte e risulterà irrimediabilmente rovinata.
Potrebbe non essere possibile rispettare tutti i vincoli forniti: spesso i carichi richiesti sono incompatibili con gli spazi disponibili e le corse richieste. In questo caso calcoleremo due molle a trazione: 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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