Constante de Mola Helicoidal

Constante de mola helicoidal: k = G·d⁴ / (8·D³·n)

A rigidez (constante elástica) de uma mola helicoidal de arame redondo, de compressão ou de tração, é k = G·d⁴ / (8·D³·n), onde G é o módulo de cisalhamento do material (≈ 79–81 GPa para arame harmônico e a maioria dos aços-carbono para mola, ≈ 73 GPa para inox 302), d é o diâmetro do arame, D é o diâmetro médio da espira (externo menos d) e n é o número de espiras ativas. A relação força–deslocamento segue a lei de Hooke: F = k·x. Exemplo: d = 2 mm, D = 20 mm, n = 10, G = 79 GPa fornece k ≈ 1,98 N/mm — uma carga de 10 N comprime a mola cerca de 5 mm. O índice de mola C = D/d costuma ficar entre 4 e 12 por questão de fabricação; o fator de Wahl Kw corrige a concentração de tensão ao dimensionar o arame por fadiga.

Aplicações

Suspensão automotiva (molas helicoidais e amortecedores McPherson), molas de válvulas em motores de combustão interna, balanças mecânicas, canetas retráteis e mecanismos de clique, ratoeiras e brinquedos, molas-mestre de relógios mecânicos (espirais, não helicoidais), molas de truque ferroviário, válvulas de alívio de pressão, contrapeso de portas de garagem e colchões.

Perguntas frequentes

Por que d aparece à quarta potência? Porque a rigidez torcional de uma barra redonda é proporcional ao momento polar de inércia (∝ d⁴), e uma mola helicoidal solicita o arame principalmente em torção.

Espiras ativas vs totais? Espiras ativas n participam da deflexão. Espiras de extremidade esmerilhadas ou fechadas são inativas — molas de compressão típicas têm n_ativas = n_totais − 2.

O que acontece além do limite elástico? A mola sofre deformação permanente: o comprimento livre diminui e k cai um pouco. Projetistas limitam a tensão de cisalhamento corrigida (Kw·τ) abaixo do valor admissível do material para a vida em fadiga desejada.