Altura comprimida mínima
A altura fechada equivale unicamente à largura da fita, o que permite instalações extremamente compactas onde uma mola helicoidal não cabe.
Molas em voluta
Los muelles de voluta (Buffer Springs, Puffer Federn, muelles de tope o muelles cónicos de fleje) son resortes de compresión fabricados enrollando un fleje de acero en espiral cónica, de modo que la altura comprimida es igual al ancho del fleje.
Altura comprimida
= largura da fita
Curva F/s
progressiva · linear → exp.
Carga máx.
até 500 kN
01
O que são as molas em voluta?
Molas de compressão de forma cónica fabricadas a partir de uma fita de aço de secção retangular, enrolada em espiral em torno de um mandril de modo que cada espira se sobrepõe à adjacente, formando um cone.
Ao contrário de uma mola helicoidal convencional, as molas em voluta comprimem-se até uma altura igual à largura da fita de partida, independentemente do número de espiras ou do curso da mola.
Esta geometria confere-lhes uma vantagem estrutural única: maior força e curso por unidade de volume do que qualquer mola de lâmina, mola helicoidal ou barra de torção de dimensões equivalentes (Floyd, Bournelis & Clark, Aerospace Mechanisms Symposium, NASA Ames, 2016).
02
Características técnicas das molas em voluta
Estes são os parâmetros construtivos e os intervalos de fabrico padrão. Os valores assinalados como "não padrão" são estudados caso a caso pela equipa técnica da Surisa.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Construção | Fita de aço de secção retangular enrolada em cone — cada espira sobrepõe-se à adjacente. |
| Intervalo de Ø padrão | D: 6 – 250 mm · até 500 mm na versão não padrão. |
| Espessura da fita | Desde 1 mm até ≈ 32 mm. |
| Carga máxima | Até 500 kN em molas de grandes dimensões. |
| Constante elástica | Progressiva — linear na fase inicial, exponencial após o primeiro contacto das espiras. |
| Amortecimento | Por atrito entre espiras na versão padrão. Eliminável na versão com folga livre. |
| Material padrão | Aço ao carbono · 50CrV · 60Si2Mn. Aço inoxidável por encomenda. |
| Acabamentos | Fosfatação · pintura · niquelagem · cromagem · lubrificante de película seca. |
FIG · cotas técnicas e curva F/L
- d
- Diâmetro interior
- D
- Diâmetro exterior
- h
- Largura da fita
- b
- Espessura da fita
- L₀
- Altura sem carga
03
Tipos de molas em voluta segundo a configuração de espiras
As molas em voluta fabricam-se em duas configurações principais consoante o número e a disposição das espirais cónicas. Ambas partilham a mesma curva característica progressiva, mas a sua utilização típica difere.
simples
Voluta simples
Espiral cónica com uma extremidade maior e uma menor. É o tipo mais habitual em aplicações industriais de carga elevada.
dupla
Voluta dupla
Duas espirais cónicas opostas que formam um cilindro com o diâmetro maior no centro. Frequente em tesouras de jardinagem e ferramentas de corte ligeiras.
FIG · voluta simples vs. dupla
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Conte-nos o seu caso de utilização e a nossa equipa de engenheiros aconselhá-lo-á na escolha da solução ótima.
04
Comportamento mecânico · a curva carga-deflexão progressiva
Ao contrário das molas helicoidais com constante linear, as molas em voluta apresentam uma resposta em duas fases claramente diferenciadas:
- 1. Fase linear As espiras deslizam entre si sob compressão axial. A rigidez é aproximadamente constante e previsível.
- 2. Fase exponencial Uma vez que a espira de maior diâmetro contacta com a base (carga de batente inicial), cada espira sucessiva vai cedendo em sequência. A rigidez aumenta de forma exponencial até atingir a carga de batente final (solid height), na qual a mola está completamente comprimida.
Porque é importante
Este comportamento progressivo é especialmente valioso em absorvedores de impacto: a mola reage com suavidade a cargas pequenas e com firmeza crescente a cargas maiores, protegendo tanto a máquina como a peça.
FIG · curva F vs. s — mola em voluta
P1initial bottoming
A espira de maior diâmetro toca a base. Começa a fase exponencial.
P2final bottoming · solid
Altura sólida — todas as espiras em contacto. Compressão completa.
05
Vantagens face às molas helicoidais convencionais
O conjunto de vantagens seguintes explica porque, em aplicações de absorção de impactos em espaços reduzidos, a mola em voluta não tem substituto direto.
Estabilidade lateral
A sobreposição de espiras atua como guia radial interna, evitando a encurvadura sem necessidade de coluna de guia exterior — vantagem crítica em espaços reduzidos.
Carga progressiva
A rigidez variável absorve melhor os impactos de energia variável do que uma mola de constante fixa.
Elevada relação força/volume
Maior força e curso por unidade de volume do que molas de lâmina, helicoidais ou barras de torção do mesmo espaço de instalação.
Resistência à deformação lateral
A geometria cónica e a sobreposição de espiras oferecem uma estabilidade que as molas de compressão convencionais não conseguem atingir.
06
Aplicações industriais das molas em voluta
O seu perfil compacto e a sua resposta progressiva não têm equivalente direto, pelo que encontram aplicação em setores muito variados — desde matrizes até ao desdobramento de satélites.
Matrizes e estampagem
Batentes em matrizes · prensas
Elemento de batente e amortecimento em matrizes de corte, dobragem e conformação. Absorvem o impacto de fim de curso da prensa, protegendo a ferramenta.
Ferroviário
Aplicação histórica · John Brown · 1848
O primeiro dispositivo de tampão ferroviário com mola em voluta foi patenteado por John Brown em 1848. Hoje continuam a ser componente padrão nos sistemas de tampão (buffer assembly) entre vagões pela sua elevada energia absorvível em espaço reduzido.
Automóvel e veículos militares
Suspensão M4 Sherman · 1942 – 1957
O sistema de suspensão do tanque M4 Sherman utilizava molas em voluta como elemento principal de suspensão. São também utilizadas em suspensões horizontais e verticais de veículos industriais.
Automação e transfer
Fins de curso · alimentação
Amortecimento de movimentos bruscos em fins de curso, sistemas de alimentação e manipulação industrial.
Ferramentas de corte e jardinagem
Voluta dupla · autoguia
A voluta dupla é componente habitual de tesouras de jardinagem e podadoras, onde a autoguia e a compacidade são determinantes.
Aeroespacial e satélites
Lockheed Martin · LRA · −100 °C / +95 °C
A Lockheed Martin utilizou molas em voluta nos Launch Restraint Assemblies (LRA) de desdobramentos de satélites. Os ensaios validaram a estabilidade do output de força após 10 ciclos térmicos entre −100 °C e +95 °C e ambientes de vibração aleatória (Floyd et al., NASA AMS 2016).
07
Configuração de extremidades · detalhe técnico crítico
A configuração das extremidades da mola tem um impacto direto no comportamento e na estabilidade do desdobramento. Para aplicações de alta precisão ou aeroespaciais, recomenda-se especificar sempre extremidades fechadas com uma espira morta de cada lado no desenho de engenharia. Dito isto, distinguem-se três variantes:
| Configuração | Características | Recomendação |
|---|---|---|
| Extremidades sem tratamento unaltered |
Pontas retangulares na espira interior/exterior. Causa desdobramento instável e elevado atrito exponencial ao aproximar-se da altura sólida. | Não recomendada |
| Extremidades retificadas ground |
Elimina as pontas retangulares. Melhora a estabilidade de desdobramento, mas persiste a acumulação de atrito na espira interior. | Utilização limitada |
| Extremidades fechadas closed · dead coil |
Uma espira morta em cada extremidade. Desdobramento estável, sem variações de atrito em todo o curso, medição de força fiável. | Recomendada |
08
Materiais e acabamentos disponíveis
— Materiais padrão
Aço ao carbono · mola
Utilização geral industrial
Aço inoxidável
Corrosão · alimentar · químico
— Acabamentos superficiais
- Fosfatação · pintura Proteção base padrão
- Niquelagem · cromagem Ferramentas de corte e jardinagem
- Lubrificante de película seca Aplicações em vácuo ou temperaturas extremas — evita cold welding
09
Preguntas frecuentes
01 O que é uma mola em voluta e em que se diferencia de uma mola helicoidal?
Uma mola em voluta é uma mola de compressão cónica fabricada a partir de uma fita de aço enrolada em espiral, onde cada espira se sobrepõe à adjacente. A sua diferença fundamental face à mola helicoidal é a altura comprimida: a mola em voluta comprime-se até à largura da fita (independentemente do número de espiras), enquanto a helicoidal se comprime até ao número de espiras multiplicado pelo diâmetro do fio. Isto permite instalar mais curso e mais força num espaço axial mínimo.
02 Porque é que a constante elástica de uma mola em voluta é progressiva e não linear?
Ao comprimir-se, as espiras vão entrando em contacto sequencialmente, começando pela de maior diâmetro (a menos rígida). Cada espira que toca o plano de apoio deixa de ser ativa, reduzindo o comprimento ativo da mola e aumentando a sua rigidez. O resultado é uma curva carga-deflexão que passa de linear a exponencial a partir do primeiro contacto das espiras (initial bottoming load), o que torna a mola um absorvedor progressivo ideal para impactos de energia variável.
03 Em que aplicações industriais se utilizam as molas em voluta?
As molas em voluta são habituais em matrizes de estampagem e ferramentas de prensa, tampões ferroviários (em utilização desde 1848), suspensões de veículos industriais e militares, fins de curso em automação, ferramentas de jardinagem e, em versões à medida, em sistemas de desdobramento de satélites e componentes aeroespaciais onde o perfil comprimido mínimo é um requisito de projeto.
04 Quando devo escolher a versão com folga livre entre espiras?
A versão padrão gera atrito entre espiras ao comprimir-se, útil para amortecer vibrações mas pouco adequada para ciclos dinâmicos contínuos de alta frequência (o atrito acumulado eleva artificialmente a força medida e provoca desgaste prematuro). Se a aplicação implicar compressão e extensão cíclica repetida, solicitar a versão com espaço livre entre espiras, que elimina o contacto e permite o trabalho dinâmico sem atrito nem acumulação de calor.
05 Que dados técnicos preciso para solicitar uma mola em voluta à medida?
Para dimensionar ou selecionar uma mola em voluta é necessário conhecer: diâmetro exterior (D), diâmetro interior (d), largura da fita (h), espessura da fita (b), altura livre sem carga (L₀), carga requerida e curso de trabalho. Com estes dados e a curva de carga esperada, os engenheiros da Surisa podem recomendar a referência de catálogo adequada ou estudar o fabrico de uma mola à medida.
06 Que materiais especiais estão disponíveis para ambientes agressivos?
As molas em voluta padrão fabricam-se em aço-mola ao carbono (50CrV, 60Si2Mn). Para aplicações com requisitos de corrosão, temperatura elevada (acima de 180 °C), ambientes húmidos ou vácuo, a Surisa oferece versões em aço inoxidável e acabamentos especiais (lubrificante de película seca, niquelagem). Contactar a equipa técnica para avaliar o material mais adequado a cada aplicação específica.
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