Introdução ao Projeto de Anel de Retenção
As aplicações de anéis de retenção Spirolox® da Smalley e de anéis de seção constante, embora diversas, podem ser analisadas com um conjunto direto de cálculos de projeto. Existem quatro áreas principais que devem ser consideradas na maioria das aplicações.
Os engenheiros de aplicação da Smalley estão disponíveis para fornecer assistência técnica imediata.
Por meio de 100 anos de testes e pesquisas abrangentes, as páginas e informações a seguir foram desenvolvidas para fornecer uma análise preliminar precisa do anel de retenção Smalley. Embora os engenheiros comumente vejam o anel de retenção como um fixador simples, eles são quase tão diversos quanto suas aplicações. Os anéis de retenção Smalley Spriolox oferecem muitas vantagens claras sobre os anéis e fixadores industriais comuns.
Capacidade de carga
A capacidade de carga para um conjunto de anel de retenção Smalley é limitada pelo menor resultado de dois cálculos: cisalhamento do anel e deformação do canal. Essas fórmulas excluem a carga dinâmica ou excêntrica, portanto, use um fator de segurança adequado e testes de produto quando essas condições se aplicarem. Além disso, certifique-se de considerar a geometria do canal e a margem da borda. Quando existem condições operacionais abusivas, o real desempenho do anel é melhor determinado por meio de testes reais minuciosos.
Embora não seja comumente associado como uma falha típica dos anéis de retenção Smalley, o cisalhamento do anel pode ser uma limitação de projeto quando o aço endurecido é usado como material da canaleta. As capacidades de carga de empuxo do anel baseadas no cisalhamento do anel são fornecidas em nossas tabelas de anéis padrão. Esses valores são baseados na resistência ao cisalhamento do aço carbono com o fator de segurança recomendado de 3.
A carga de empuxo baseada no cisalhamento do anel deve ser comparada com a carga de empuxo baseada na deformação da canaleta para determinar qual é o fator limitante no projeto.
Nomenclatura
PR = Carga de empuxo admissível baseada no cisalhamento do anel (lb)
D = Diâmetro do eixo ou do alojamento (pol.)
T = Espessura do anel (pol.)
SS = Resistência ao cisalhamento do material do anel (psi)
K = Fator de segurança (3 recomendado)
A deformação do canal é a limitação de projeto mais comum dos anéis de retenção. Conforme ocorre a deformação permanente do canal, o anel começa a torcer, o que aumenta o diâmetro. Por fim, o anel torna-se abaulado e é extrudado (escapa) para fora do canal. Como uma interpretação conservadora, a seguinte equação calcula o ponto de deformação inicial do canal. Isso não constitui falha, a qual ocorre em um valor muito mais alto. Sugerimos um fator de segurança de 2. As capacidades de carga de empuxo do anel baseadas na deformação do canal são fornecidas em nossas tabelas de anéis padrão.
| Typical Groove Material Yield Strengths | |
| Hot Rolled Steel 1018 | 45,000 psi |
| Aluminum 2017 | 40,000 psi |
| Cast Iron | 10-40,000 psi |
| Cold Drawn Steel 1018 | 70,000 psi |
| Hardened Steel 8620 | 110,000 psi |
Nomenclatura
PG = Carga de empuxo admissível com base na deformação do canal (lb)
D = Diâmetro do eixo ou do alojamento (pol.)
d = Profundidade do canal (in)
SY = Limite de escoamento do material do canal (psi)
K = Fator de segurança (2 recomendado)
A peça retida idealmente possui um canto em ângulo reto e faz contato com o anel o mais próximo possível do canal do alojamento ou do eixo. Isso maximiza a capacidade de carga e garante uma carga uniforme e concêntrica contra a peça retida. O raio ou chanfro máximo recomendado permitido na peça retida pode ser calculado com o seguinte. O raio no fundo do canal não deve ser maior do que o indicado na tabela.
Chanfro Máximo = 0,375 (b-d)
Raio Máximo = 0,5 (b-d)
Nomenclatura
b = Parede radial (pol.)
d = Profundidade do canal (in)
| Shaft or Housing Diameter | Maximum Radius on Groove Bottom |
| 1 inch and under | .005 Max |
| over 1 inch | .010 Max |
To assure maximum load capacity it is essential to have square corners on the groove and retained components. Additionally, retained components must always be square to the ring groove in order to maintain a uniform concentric load against the retained part. The radius at the bottom of the groove should be no larger than the table states.
Os canais do anel localizadas próximas à extremidade de um eixo ou alojamento devem ter uma margem de borda adequada para maximizar a resistência. As cargas de cisalhamento e flexão devem ser verificadas e o maior valor deve ser selecionado para a margem de borda. Como regra geral, a margem de borda mínima pode ser aproximada por um valor de 3 vezes a profundidade do canal.
Nomenclatura
z = Margem da borda (pol.)
P = Carga (lb)
DG = Diâmetro do canal (pol.)
SY = Limite de escoamento do material do canal (psi)
d = Profundidade do canal (in)
K = Fator de segurança (3 recomendado)
Capacidade de RPM
Qualquer anel de retenção operando em um eixo rotativo é limitado por forças centrífugas, incluindo os anéis de retenção Smalley. A falha ocorre quando essas forças centrífugas são grandes o suficiente para expandir e levantar o anel de retenção para fora da canaleta. Com mais aplicações exigindo capacidades de rotação mais altas, a Smalley continua a investir em pesquisa e desenvolvimento contínuos nessa área.
Um anel de retenção customizado, ou possivelmente um anel autotravante, pode ser uma opção se os requisitos de sua aplicação excederem a capacidade rotacional recomendada de nossos anéis padrão. Anéis balanceados também estão disponíveis em aplicações onde o centro de massa é crítico.
O recurso de autotravamento consiste em uma lingueta e uma fenda que se intertravam para evitar que o anel se expanda. A aba se alinha com um rasgo na volta correspondente de modo que, quando o anel é instalado no canal, a aba se aloja dentro do rasgo, permitindo que o anel funcione corretamente a velocidades que excedem de longe a capacidade rotacional de um anel de retenção padrão. O recurso de autotravamento permite que o anel opere em altas velocidades, suporte vibrações, funcione sob rápida aceleração e absorva um certo grau de carga de impacto. Leia mais sobre um anel autotravante.
Como líder de mercado em soluções inovadoras de anéis de retenção, a Smalley tem investido continuamente em pesquisa e desenvolvimento contínuos para atender à demanda por requisitos de alta RPM.
A mais recente inovação em anéis de retenção da Smalley é o Anel Autotravante Revolox. O revolucionário recurso de autotravamento consiste em um design de saliência em formato de cúpula que fixa a sua aplicação de forma segura e eficiente em altas velocidades.
O relevo em cúpula é puncionado na face inferior do anel. A porção da fenda é criada pelo corte na volta correspondente. A cúpula está posicionado de tal forma que fica preso dentro da fenda assim que o anel é instalado em um canal, travando-se assim no lugar. À medida que o anel gira, ele se expande, acoplando-se à cúpula e ao espaço e impedindo qualquer expansão adicional.
Resultados de testes mostraram uma capacidade de RPM significativamente maior em relação a um anel de retenção sem travamento equivalente. Além disso, o design revolucionário é o primeiro anel de alta RPM no mercado projetado com a instalação automatizada em mente. Isso ajuda a tornar o Revolox uma excelente solução para altos volumes de produção.
O recurso de balanceamento da Smalley balanceia estaticamente o anel de retenção. Uma série de espaços, opostos à extremidade da folga, são posicionados de modo que o centro de gravidade do anel seja balanceado estaticamente ao longo de seu eixo de rotação. Esta característica é muito útil quando o balanceamento do conjunto é crítico, como em um rotor. Leia mais sobre um anel balanceado.
Instalação
As equações fornecidas são usadas para verificar se o limite de tensão elástica do material do anel não é excedido pela tensão decorrente da instalação. Peças padrão que são montadas manualmente nos diâmetros recomendados de eixo/furo e canal não requerem análise de tensão. Anéis personalizados, ou anéis que estão sendo montados com ferramentas personalizadas, requerem análise de tensão.
Para selecionar um valor de tensão seguro, é necessário estimar o limite elástico da matéria-prima. A resistência mínima à tração, conforme mostrada no link da tabela de materiais do catálogo, pode ser usada como uma estimativa adequada. Como em qualquer cálculo teórico, uma análise mais detalhada da aplicação real pode revelar que esses valores de tensão podem ser excedidos. No entanto, deve-se considerar as características funcionais, como o método de instalação, o número de vezes que o anel será instalado e removido, a carga de empuxo e/ou a capacidade centrífuga.
Após a conformação, a tendência natural do anel é retornar ao seu estado original. Isso coloca a borda interna da parede radial sob tensão residual e a borda externa sob compressão residual. Para contabilizar a tensão residual no anel quando a expansão estiver ocorrendo, apenas 80% do limite de resistência à tração mínimo deve ser usado para comparação com a tensão de instalação; veja a tabela abaixo. Em projetos personalizados, onde a tensão de instalação excede o limite elástico do material, os anéis podem ser produzidos com diâmetros que sofrerão deformação plástica em uma quantidade predeterminada durante a montagem. Uma vez instalado, o anel terá a aderência adequada no canal.
AplicaçãoPorcentagem do Limite de Resistência à Tração MínimoEixo80%Alojamento100%
Nomenclatura
SE = Tensão devido à expansão (psi)
SC = Tensão devido à compressão (psi)
E = Módulo de elasticidade (psi)
b = Parede radial (pol.)
DS = Diâmetro do eixo (pol.)
DH = Diâmetro do alojamento (pol.)
DI = Diâmetro interno livre, mínimo (pol.)
DO = Diâmetro externo livre, máximo (pol.)