Le molle sono parti meccaniche identiche per vari componenti. Sono ampiamente utilizzati negli orologi, automobili, e smartphone. Esistono molti tipi di molle, e tutti variano nelle loro proprietà, il che rende difficile scegliere quello giusto. In questo articolo, discuteremo i tipi di molle comuni, i loro usi, il materiale che hanno realizzato, e guasto della molla meccanica.
Principio di primavera spiegato dalla legge di Hook
Le molle sono parti meccaniche, ben capace di immagazzinare energia. Immagazzinano energia durante il caricamento e la rilasciano quando il carico viene rimosso. Questo è un atto fondamentale di tutte le varietà primaverili ed è caratterizzato dalla Legge di Hooke.
Secondo la legge di Hooke.
La forza necessaria per comprimere o estendere la molla varia in relazione diretta allo spostamento. Matematicamente, è rappresentato come:
F=−kX
In questa equazione:
- F = Forza applicata
- X = Forza di spostamento/ripristino della molla, negativo allo spostamento.
- k = Costante della molla; dipende dalla natura primaverile, e informa di una variabile che misura l’elasticità della primavera.
Tipi di molle meccaniche
Le molle vengono applicate in molti settori e campi. Sono realizzati con molti materiali e molti hanno forme, diversi dagli oggetti normalmente creati. Le molle sono principalmente caratterizzate in tre tipologie principali;
Categoria 01: Molle elicoidali
Le molle elicoidali sono realizzate avvolgendo il filo in modo elicoidale in modo da poter variare le sezioni trasversali. I principali tipi di molle elicoidali includono:
- Molle di compressione: Le molle elicoidali aperte vengono utilizzate in compressione senza carichi assiali. Ciò significa che il diametro della bobina non cambia con il carico. Queste molle vengono utilizzate nelle penne a sfera dove è alloggiata l'azione del "clic" e negli ambienti automobilistici dove gli urti vengono assorbiti.
- Molle di estensione: Le molle di estensione sono bobine chiuse che immagazzinano tensione quando estese e ritornano alla loro forma originale quando vengono rilasciate. Sono comunemente usati in disposizioni di tipo pull, comprese porte di garage e chiatte pesatrici dove funzionano allungandosi per misurare il peso.
- Molle di torsione: Le molle di torsione collegano due componenti ad angoli specifici. In genere funzionano ruotando. Si utilizzano quando attorcigliati e quando vengono rilasciati ritrovano il loro stato naturale per cui rilasciano energia. La lavorazione CNC è un approccio ideale per modellare molle di torsione personalizzate per l'utilizzo in grandi volumi.
- Molle a spirale: Le molle a spirale sono costruite con strisce metalliche rettangolari. Sono in grado di immagazzinare energia per poi rilasciarla in modo uniforme. Queste molle sono molto utilizzate negli orologi meccanici, giocattoli, e movimenti come i sedili reclinabili che offrono un tipo specifico di movimento.
Categoria 02: Molle a balestra
Una molla a balestra presenta una sezione trasversale rettangolare. Queste molle sono composte da piastre metalliche conosciute come foglie, sovrapposti l'uno all'altro. Queste molle sono normalmente utilizzate nelle grandi automobili. Alcuni tipi comuni sono menzionati di seguito:
- Molla a balestra ellittica: Sono costituiti da due molle semiellittiche in opposizione tra loro per formare una forma ellittica. Originariamente, sono stati utilizzati nelle auto per sostituire le catene, ma sono stati sostituiti nella maggior parte delle auto moderne.
- Molla a balestra semiellittica: Questi sono tipicamente utilizzati nelle automobili. Ad un'estremità del telaio del veicolo sono fissate lamine in acciaio di diverse dimensioni, con la più grande chiamata foglia maestra. Queste molle sono molto efficienti nel fornire un atterraggio morbido durante le operazioni fuoristrada. Inoltre, sono rinomati per la loro semplicità nella manutenzione e la durata di fascia alta.
- Molla a balestra ellittica a quarto di ellisse: I tipi a quarto ellittico o a molle a sbalzo hanno un'estremità ancorata al telaio del veicolo e l'altra estremità all'asse anteriore. Questo design fa sì che le foglie si spalanchino sotto carichi d'urto e i lembi agiscano come leve per dissipare lo shock.
- Molla a balestra ellittica a tre quarti: Questo tipo di molla combina caratteristiche sia di un quarto di ellittica che di semiellittica. La parte semiellittica è fissata alla struttura del veicolo e il quarto della sezione ellittica è fissato all'asse anteriore per una migliore stabilità.
- Molla a balestra trasversale: Le molle laterali sono posizionate sui lati. Mentre le molle longitudinali corrono lungo la lunghezza del veicolo. La foglia più lunga giace in basso, e al progetto vengono aggiunti due grilli. Per quanto efficace possa essere questa configurazione, ciò provoca un rotolamento indesiderato in alcune applicazioni automobilistiche.
Categoria 03: Molle a disco
Le molle a disco sono note anche come molle a rondella. Possono essere utilizzati singolarmente o in configurazioni in serie o parallelo. È possibile sollevare grandi pesi con questi sistemi in aree limitate. Di seguito sono riportati i principali tipi di molle a tazza:
- Molla a disco Belleville: Molle a disco conico, noto anche come sorgenti di Belleville, offrono un'azione elastica quando viene applicato un carico. Il loro design li rende ottimali per sopportare carichi considerevoli. Sono di dimensioni relativamente piccole.
- Molla a disco curvo: A volte chiamate rondelle a mezzaluna. Le molle a disco curvo hanno una bassa pressione che non provoca l'allentamento del dispositivo di fissaggio a causa delle vibrazioni. Disperdono efficacemente i carichi nei bulloni, viti, e noci, in particolare nelle apparecchiature vibranti.
- Molla a disco scanalato: Implica fessure attorno all'interno, e bordi esterni. È possibile ottenere una bassa capacità di carico con un'elevata flessione degli ingranaggi, cambio automatico, e frizioni sfruttando queste sorgenti.
Funzioni delle molle
Le molle hanno un'applicazione significativa in diversi prodotti industriali. Ecco le seguenti funzioni delle molle e gli usi:
Proprietà di assorbimento degli urti
Le molle sono in grado di ricevere, espandersi o contrarsi mediante l'applicazione della forza. Questa capacità consente loro di gestire bene i rischi. Ad esempio, nelle automobili, le molle riducono la forza d'impatto ogni volta che l'auto colpisce un dosso e quindi rilasciano lentamente l'energia immagazzinata.
Stoccaggio e produzione di energia
Le molle svolgono anche un ruolo fondamentale nell’immagazzinamento dell’energia meccanica. Possono immagazzinare e scaricare energia in modo costante e come tali sono utili per sostituire le batterie in alcuni apparecchi. L'applicazione prevista è ben illustrata dagli orologi meccanici e dagli otturatori.
Controllo del movimento
Le molle possono controllare il trasporto di parti distinte. Queste applicazioni si trovano in molti settori come i garage, porte, macchine per pesare, valvole per motori a combustione interna, e sistemi di controllo della frizione.
Smorzamento delle vibrazioni
Le molle sono strumenti preziosi per ridurre le vibrazioni. Perciò, aiutano a migliorare la stabilità dei prodotti nelle zone di risonanza. Sono funzionali nell'uso come nelle sospensioni delle automobili e nei vagoni ferroviari dove le increspature devono essere ben affrontate.
Tipi di materiali utilizzati nella realizzazione delle molle
| Materiale | Caratteristiche uniche |
| Acciaio bassolegato | Resistenza alle alte temperature; forte e durevole. |
| Filo trafilato a freddo | Maggiore resistenza alla trazione; migliore tolleranza al calore. |
| Filo temperato ad olio | Resistente alla fatica; resiste al calore e alla deformazione. |
| Striscia indurita di bainite | Molto forte; ottima resistenza alla fatica. |
| Acciaio inossidabile | Resistente alla corrosione; elevata resistenza allo snervamento. |
| Leghe di rame e titanio | Durevole; buona resistenza alla corrosione. |
Tecniche generali di produzione delle molle
Le molle possono essere prodotte utilizzando vari metodi, compreso l'avvolgimento, trattamento termico, macinazione, rivestimento, e rifinitura. Oltretutto, possono variare a seconda della tipologia delle molle, ma il concetto generale rimane chiaro.
1. Avvolgimento
In questo passaggio iniziale, gli operatori inseriscono il filo per molle in una macchina CNC. Prossimo, il filo viene attorcigliato nella formazione desiderata, a seconda delle specifiche richieste del filo. Durante questa fase vengono utilizzati diversi metodi:
- Avvolgimento: L'avvolgimento utilizza avvolgitori a molla o macchine a controllo numerico computerizzato per ottenere bobine preimpostate. Il processo è usato comunemente nella compressione, estensione, e molle di torsione.
- Formare: Durante il processo di formatura, I formatori di molle CNC vengono utilizzati per creare vari design con più curve e raggi. Generalmente, Si applica ai modelli di molle di estensione e torsione.
- Piegatura: La piegatura utilizza piegatrici controllate da computer per dare al filo diverse forme. Questo processo viene spesso applicato nella produzione di forme di filo.
2. Trattamento termico
IL trattamento termico consente alle molle di assumere una forma diversa sotto stress da quella prevista. Ciascuno di essi si basa sulla quantità di materiale, tipo da sterilizzare, temperatura, e la durata richiesta per quel materiale.
3. Rettifica
È essenziale levigare le estremità delle molle. Ciò consente alla molla di stare in posizione verticale quando posizionata verticalmente o in altre posizioni. Aiuta anche a facilitare la sua funzione.
4. Rivestimento e finitura
Il rivestimento e la finitura sono fondamentali per migliorare il valore estetico delle molle. Ad esempio, la galvanica con rame fornisce un'eccellente conduttività. Nel frattempo, la verniciatura a polvere migliora l'aspetto visivo dell'articolo. Altri trattamenti superficiali possono includere la pallinatura applicata alla molla lavorata a freddo, placcatura, verniciatura a polvere, e anodizzazione.
Ragioni dei fallimenti primaverili e loro misure correttive
Questi guasti possono verificarsi in primavera e causare danni all'apparecchiatura, elevati costi di manutenzione, e ridotta affidabilità del prodotto. È importante tenere presente una revisione di questi guasti a fini di prevenzione: Di seguito sono riportate le cause comuni e le relative soluzioni:
1. Selezione materiale errata
La scelta dei materiali influenza fortemente le proprietà delle molle. Nella scelta dei materiali è possibile compromettere le caratteristiche a vantaggio dei benefici considerati. In caso contrario, potrebbero verificarsi problemi. Perciò, è consigliabile ricercare diversi materiali prima di fare una scelta.
2. Scarsa qualità di finitura
I processi di rivestimento e anodizzazione come la verniciatura a polvere aumentano le prestazioni delle molle. La mancanza di una corretta applicazione e la completa esclusione di questi processi espone le molle alla corrosione in ambienti ostili. Perciò, Una finitura adeguata è essenziale per mantenere l'integrità delle molle.
3. Temperatura operativa non definita
Le molle devono essere adatte alle temperature alle quali verranno utilizzate. È importante scegliere materiali che non si deformino alle alte temperature. L'uso di un trattamento termico adeguato è un altro metodo di miglioramento. Inoltre, l'applicazione di finiture con elevata stabilità termica può migliorare le prestazioni.
4. Processi di produzione scadenti
I controlli di qualità durante la produzione sono fondamentali. Garantiscono che le molle funzionino e appaiano come previsto.
Conclusione
Le molle sono indispensabili nei prodotti che contengono movimento. Le molle vengono compresse per immagazzinare energia e poi rilasciate durante l'espansione. Per scegliere il giusto tipo di molla, è obbligatoria la conoscenza delle varie tipologie e delle loro caratteristiche. La funzionalità di ciascuna molla dipende dal tipo di materiale utilizzato, la costruzione primaverile, e il meccanismo di assemblaggio. Esperti di consulenza in spring design ti aiuterà a prendere le decisioni giuste per il tuo progetto!
