Entender la capacidad de carga de un conjunto en el que se integra un anillo de retención de Smalley requiere la realización de cálculos sobre el cizallamiento de anillo y la deformación de ranura, siendo el límite de diseño el menor de ambos valores. Dado que las fórmulas sobre la capacidad de carga no tienen en cuenta ninguna carga dinámica o excéntrica, deberá aplicarse el factor de seguridad pertinente y realizarse las pruebas necesarias del producto en caso de existir alguna de dichas cargas. Además, en tal caso deberán considerarse la geometría de ranura y el margen de borde. Cuando la aplicación entraña condiciones de operación severas, la mejor forma de determinar el verdadero rendimiento del anillo es la realización de pruebas reales.
Aunque no suele constituir un modo de fallo habitual en los anillos de retención de Smalley, el cizallamiento del anillo puede representar una limitación de diseño cuando el material en el que está fabricada la ranura es acero endurecido. Nuestras tablas de anillos estándar indican las capacidades de carga axial de los anillos en función del cizallamiento. Dichos valores están basados en la resistencia al cizallamiento del acero al carbono con un factor de seguridad recomendado de 3.
La carga axial basada en el cizallamiento de anillo debe compararse con la carga axial basada en la deformación de ranura para determinar cuál es el factor limitante del diseño.
PR = Carga axial admisible basada en el cizallamiento de anillo (lb)
D = Diámetro de eje o carcasa (in)
T = Espesor de anillo (in)
SS = Resistencia al cizallamiento del material del anillo (psi)
K = Factor de seguridad (se recomienda un factor de 3)
La deformación de ranura es, con mucho, la limitación de diseño más común en los anillos de retención. Cuando la ranura se deforma de manera permanente, el anillo comienza a torsionarse, y a medida que se incrementa el ángulo de torsión, el anillo empieza a ampliar su diámetro. En último término, el anillo adquiere una forma cóncava y sale expulsado (de la ranura). A modo de interpretación conservadora, la siguiente ecuación calcula el punto de deformación de ranura inicial. No obstante, el resultado no representa el fallo, que tiene lugar a un valor muy superior. En este caso, se recomienda un factor de seguridad de 2. Nuestras tablas de anillos estándar indican las capacidades de carga axial de los anillos en función de la deformación de ranura.
Límites de elasticidad típicos del material de ranura |
|
Acero endurecido 8620 | 110 000 psi |
Acero estirado en frío 1018 | 70 000 psi |
Acero laminado en caliente 1018 | 45 000 psi |
Aluminio 2017 | 40 000 psi |
Hierro fundido | Entre 10 y 40 000 psi |
PG = Carga axial admisible basada en la deformación de ranura (lb)
D = Diámetro de eje o carcasa (in)
d = Profundidad de ranura (in)
SY = Límite elástico del material de ranura (psi)
K = Factor de seguridad (se recomienda un factor de seguridad de 2)
Diámetro de eje o carcasa | Radio máximo en el fondo de la ranura |
1 in y menos | 0,005 máx. |
Más de 1 in | 0,010 máx. |
Para garantizar la máxima capacidad de carga, es esencial contar con esquinas en ángulo tanto en las ranuras como en los componentes retenidos. Además, los componentes retenidos siempre debe estar angulados a la ranura del anillo con el fin de mantener una carga concéntrica uniforme contra los mismos. El radio en el fondo de la ranura no debe ser superior a los valores indicados en la tabla.
Bisel máximo = 0,375 (b-d)
Radio máximo = 0,5 (b-d)
El componente retenido debe contar preferiblemente con una esquina en ángulo y hacer contacto con el anillo en el punto más próximo posible a la carcasa o al eje. El radio o bisel máximo recomendado y admisible del componente retenido pueden calcularse utilizando las fórmulas de la parte izquierda.
b = Pared radial (in)
d = Profundidad de ranura (in)
Aquellas ranuras de anillos que estén ubicadas cerca del extremo de un eje o una carcasa deben contar con un margen de borde adecuado para maximizar su resistencia. Deben comprobarse tanto el cizallamiento como la flexión para seleccionar el valor más elevado de entre ambos como margen de borde. Por norma general, el margen de borde mínimo puede estimarse mediante un valor de tres veces la profundidad de ranura.
z = Margen de borde (in)
P = Carga (lb)
DG= Diámetro de ranura (in)
SY = Resistencia a la tracción del material de ranura (psi)
d = Profundidad de ranura (in)
K = Factor de seguridad (se recomienda un factor de seguridad de 3)
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