Introducción Al Diseño de Anillos de Retención
Las aplicaciones de los anillos de retención Spirolox y los anillos de sección constante de Smalley, aunque diversas, se pueden analizar con un conjunto sencillo de cálculos de diseño. Existen cuatro áreas principales que deben tenerse en cuenta en la mayoría de las aplicaciones.
Los ingenieros de aplicaciones de Smalley están disponibles para proporcionar asistencia técnica inmediata.
A lo largo de 100 años de exhaustivas pruebas e investigación, se han desarrollado las siguientes páginas e información para proporcionar un análisis preliminar preciso del anillo de retención Smalley. Aunque los ingenieros suelen considerar el anillo de retención como un elemento de fijación simple, son casi tan diversos como sus aplicaciones. Los anillos de retención Smalley Spriolox ofrecen muchas ventajas claras sobre los anillos y elementos de fijación industriales comunes.
Capacidad de carga
La capacidad de carga de un ensamblaje de anillo de retención Smalley está limitada por el resultado menor de dos cálculos: el cizallamiento del anillo y la deformación de la ranura. Estas fórmulas excluyen la carga dinámica o excéntrica, por lo que debe utilizarse un factor de seguridad adecuado y realizar pruebas del producto cuando se apliquen dichas condiciones. Además, asegúrese de tener en cuenta la geometría de la ranura y el margen del borde. Cuando existen condiciones de funcionamiento abusivas, el rendimiento real del anillo se determina mejor mediante pruebas reales.
Aunque no se asocia habitualmente como un fallo típico de los anillos de retención Smalley, la cizalladura del anillo puede ser una limitación de diseño cuando se utiliza acero templado como material de la ranura. Las capacidades de carga de empuje del anillo basadas en la cizalladura del anillo se proporcionan en nuestras tablas de anillos estándar. Estos valores se basan en la resistencia a la cizalladura del acero al carbono con el factor de seguridad recomendado de 3.
La carga de empuje basada en la cizalladura del anillo debe compararse con la carga de empuje basada en la deformación de la ranura para determinar cuál es el factor limitante en el diseño.
Nomenclatura
PR = Carga de empuje admisible basada en la cizalladura del anillo (lb)
D = Diámetro del eje o de la carcasa (pulgadas)
T = Espesor del anillo (pulgadas)
SS = Resistencia a la cizalladura del material del anillo (psi)
K = Factor de seguridad (se recomienda 3)
La deformación de la ranura es la limitación de diseño más común de los anillos de retención. A medida que se produce la deformación permanente de la ranura, el anillo comienza a torsionarse, lo que aumenta el diámetro. En última instancia, el anillo se comba y se extruye (sale rodando) fuera de la ranura. Como interpretación conservadora, la siguiente ecuación calcula el punto de deformación inicial de la ranura. Esto no constituye un fallo, el cual se produce a un valor mucho mayor. Se sugiere un factor de seguridad de 2. Las capacidades de carga de empuje del anillo basadas en la deformación de la ranura se proporcionan en nuestras tablas de anillos estándar.
| 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 |
Nomenclatura
PG = Carga de empuje admisible basada en la deformación de la ranura (lb)
D = Diámetro del eje o de la carcasa (pulgadas)
d = Profundidad de la ranura (pulgadas)
SY = Límite elástico del material de la ranura (psi)
K = Factor de seguridad (se recomienda 2)
Componente retenido
Chaflán máximo = .375 (b-d)
Radio máximo = .5 (b-d)
La pieza retenida tiene idealmente una esquina en escuadra y hace contacto con el anillo lo más cerca posible de la carcasa o eje. Esto maximiza la capacidad de carga y garantiza una carga concéntrica y uniforme contra la pieza retenida. El radio o chaflán máximo recomendado admisible en la pieza retenida se puede calcular con lo siguiente. El radio en el fondo de la ranura no debe ser mayor que el indicado en la tabla.
Nomenclatura
b = Pared radial (pulgadas)
d = Profundidad de la ranura (pulgadas)
| 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.
Las ranuras del anillo situadas cerca del extremo de un eje o de una carcasa deben tener un margen del borde adecuado para maximizar la resistencia. Se deben comprobar las cargas de cizallamiento y flexión, y seleccionar el valor mayor para el margen del borde. Como regla general, el margen mínimo del borde se puede aproximar mediante un valor de 3 veces la profundidad de la ranura.
Nomenclatura
z = Margen del borde (pulgadas)
P = Carga (lb)
DG= Diámetro de la ranura (pulgadas)
SY = Límite elástico del material de la ranura (psi)
d = Profundidad de la ranura (pulgadas)
K = Factor de seguridad (se recomienda 3)
Capacidad de RPM
Cualquier anillo de retención que funcione en un eje giratorio está limitado por las fuerzas centrífugas, incluidos los anillos de retención Smalley. El fallo se produce cuando estas fuerzas centrífugas son lo suficientemente grandes como para expandir y levantar el anillo de retención de la ranura. Dado que cada vez más aplicaciones requieren mayores capacidades de rotación, Smalley sigue invirtiendo en investigación y desarrollo continuos en esta área.
Si la capacidad de rotación es crítica en su aplicación, póngase en contacto con un Ingeniero de Diseño o de Aplicaciones de Smalley completando el formulario que se encuentra en la parte inferior de esta página o llamándonos al +1-847-719-5950.
Un anillo de retención personalizado, o posiblemente un anillo con autobloqueo, puede ser una opción si los requisitos de su aplicación superan la capacidad de rotación recomendada de nuestros anillos estándar. También hay disponibles anillos equilibrados para aplicaciones en las que el centro de masas sea crítico.
Esta función permite que el anillo funcione adecuadamente a velocidades que superan su capacidad rotativa recomendada. La opción de autobloqueo puede incorporarse tanto a anillos externos como a anillos internos. Esta consiste en la incorporación de una pequeña muesca en la vuelta interna que se bloquea en una ranura practicada en la vuelta externa. El autobloqueo permite al anillo operar a altas velocidades, soportar vibraciones, funcionar en condiciones de aceleración rápida y absorber un cierto grado de carga de impacto.
El diseño de muesca y ranura evita la expansión del anillo, asegurando de forma fiable el componente a altas revoluciones por minuto (RPM). Esta característica permite operar a mayores velocidades, resistir vibraciones, funcionar bajo aceleraciones rápidas y absorber cierto nivel de cargas por impacto.
La opción de equilibrado equilibra estáticamente el anillo de retención. Para conseguirlo, una serie de ranuras ubicadas frente al huelgo entre extremidades compensan la ausencia de material existente en dicha separación. Dicha característica resulta muy útil cuando el equilibrado del conjunto es una consideración crítica y es necesario reducir la carga excéntrica.
Análisis de tensión
Las ecuaciones proporcionadas se emplean para verificar que no se supera el límite de tensión elástica del material del anillo a raíz de la tensión derivada de la instalación. Los componentes estándar que se instalan manualmente en el eje/la perforación indicados y van acompañados de los diámetros de ranura recomendados no requieren ningún análisis de tensión. Sin embargo, los anillos a medida, o los anillos que se instalan con herramientas especiales, sí requieren la realización de análisis de tensión.
Para seleccionar un valor de tensión seguro es necesario estimar el límite elástico de la materia prima. Los valores de resistencia a la tracción mínima, los cuales se muestran en la tabla de materiales del catálogo, constituyen una estimación adecuada a estos efectos. Al igual que sucede con cualquier cálculo teórico, un análisis más profundo de la aplicación en cuestión puede revelar la posibilidad de que se superen estos valores de tensión. Sin embargo, deberá prestarse una consideración especial a las características funcionales como el método de instalación, el número de veces que el anillo va a instalarse y extraerse, la carga axial y/o la capacidad centrífuga.
Tras el moldeado, la tendencia natural del anillo consiste en recuperar su estado original. Este fenómeno somete al borde interior de la pared radial a una tensión residual y al borde exterior de la misma a una compresión residual. A fin de tener en cuenta la tensión residual presente en el anillo cuando está teniendo lugar la expansión, solo deberá utilizarse el 80 % de la resistencia a la tracción mínima para comparar la tensión de instalación; consúltese la tabla 4. Cuando la tensión de instalación es superior al límite elástico del material en los diseños a medida, los anillos pueden fabricarse en diámetros que se deforman en un grado predeterminado durante su montaje. Una vez instalado, el anillo ejercerá el agarre adecuado sobre la ranura.
Nomenclatura
SE = Tensión derivada de la expansión (psi)
SC = Tensión derivada de la compresión (psi)
E = Módulo de elasticidad (psi)
b = Pared radial (in)
DS = Diámetro de eje (in)
DH = Diámetro de carcasa (in)
DI = Diámetro libre interior, mínimo (in)
DO = Diámetro libre exterior, mínimo (in)