Introduction à la conception des anneaux d'arrêt
Bien que diverses, les applications d'anneaux d'arrêt Spirolox et d'anneaux à section constante de Smalley peuvent être analysées à l'aide d'un ensemble simple de calculs de conception. Quatre domaines principaux qui doivent être pris en compte dans la plupart des applications.
Les ingénieurs d'application de Smalley sont à votre disposition pour vous fournir une assistance technique immédiate.
Grâce à 100 ans d'essais et de recherches approfondis, les pages et informations suivantes ont été développées pour fournir une analyse préliminaire précise de l'anneau d'arrêt Smalley. Bien que les ingénieurs considèrent généralement l'anneau d'arrêt comme un simple élément de fixation, ils sont presque aussi diversifiés que leurs applications. Les anneaux d’arrêt Spirolox de Smalley offrent de nombreux avantages évidents par rapport aux anneaux et fixations industriels courants.
Capacité de charge
La capacité de charge d'un assemblage d'anneau d'arrêt Smalley est limitée par la valeur la plus faible de deux calculs : le cisaillement de l'anneau et la déformation de la gorge. Ces formules excluent les charges dynamiques ou excentrées, utilisez donc un facteur de sécurité approprié et procédez à des essais de produits lorsque ces conditions s'appliquent. De plus, veillez à prendre en compte la géométrie de la gorge et la marge de bord. En cas de conditions de fonctionnement extrêmes, la performance réelle de l’anneau est déterminée au mieux par des essais concrets.
Bien qu'il ne soit pas communément associé à une défaillance typique des anneaux d'arrêt Smalley, le cisaillement de l'anneau peut constituer une limite de conception lorsque de l'acier trempé est utilisé comme matériau de gorge. Les capacités de charge axiale de l'anneau basées sur le cisaillement de l'anneau sont fournies dans nos tableaux d'anneaux standard. Ces valeurs sont basées sur la résistance au cisaillement de l'acier au carbone avec le facteur de sécurité recommandé de 3.
La charge axiale basée sur le cisaillement de l'anneau doit être comparée à la charge axiale basée sur la déformation de la gorge afin de déterminer quel est le facteur limitant de la conception.
Nomenclature
PR = Charge axiale admissible basée sur le cisaillement de l'anneau (lb)
D = Diamètre de l'arbre ou du logement po)
T = Épaisseur de l'anneau (po)
SS = Résistance au cisaillement du matériau de l'anneau (psi)
K = Facteur de sécurité (3 recommandé)
La déformation de la gorge est la limite de conception la plus courante des anneaux d'arrêt. Lorsqu'une déformation permanente de la gorge se produit, l'anneau commence à se tordre, ce qui augmente son diamètre. Au final, l'anneau se bombe et s'extrude (roule) hors de la gorge. Selon une interprétation prudente, l'équation suivante permet de calculer le point de déformation initiale de la gorge. Cela ne constitue pas une défaillance, celle-ci se produisant à une valeur beaucoup plus élevée. Un facteur de sécurité de 2 est suggéré. Les capacités de charge axiale de l'anneau basées sur la déformation de la gorge sont fournies dans nos tableaux d'anneaux standard.
| Limites d'élasticité typiques des matériaux de gorge | |
| 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 |
Nomenclature
PG = Charge axiale admissible basée sur la déformation de la gorge (lb)
D = Diamètre de l'arbre ou du logement po)
d = Profondeur de gorge (po)
SY = Limite d'élasticité du matériau de la gorge (psi)
K = Facteur de sécurité (2 recommandé)
La pièce retenue présente idéalement un angle droit et entre en contact avec l'anneau le plus près possible du logement ou de l'arbre. Cela permet de maximiser la capacité de charge et de garantir une charge concentrique et uniforme contre la pièce retenue. Le rayon ou le chanfrein maximum recommandé admissible sur la pièce retenue peut être calculé de la manière suivante. Le rayon au fond de la gorge ne doit pas être supérieur à celui indiqué dans le tableau.
Chanfrein maximum = 0,375 (b-d)
Rayon maximum = 0,5 (b-d)
Nomenclature
b = Paroi radiale (po)
d = Profondeur de gorge (po)
| 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.
Les gorges d'anneau situées près de l'extrémité d'un arbre ou d'un logement doivent avoir une marge de bord adéquate pour maximiser la résistance. Les charges de cisaillement et de flexion doivent être vérifiées et la valeur la plus élevée doit être sélectionnée pour la marge de bord. En règle générale, la marge de bord minimale peut être approximée par une valeur correspondant à 3 fois la profondeur de gorge.
Nomenclature
z = Marge de bord (po)
P = Charge (lb)
DG= Diamètre de la gorge (po)
SY = Limite d'élasticité du matériau de la gorge (psi)
d = Profondeur de gorge (po)
K = Facteur de sécurité (3 recommandé)
Capacité de vitesse de rotation
Tout anneau d'arrêt fonctionnant sur un arbre tournant est limité par les forces centrifuges, y compris les anneaux d'arrêt Smalley. La défaillance se produit lorsque ces forces centrifuges sont suffisamment importantes pour dilater l'anneau d'arrêt et le soulever de la gorge. Avec un nombre croissant d’applications nécessitant des capacités de rotation plus élevées, Smalley continue d’investir dans la recherche et le développement dans ce domaine.
Si la capacité de rotation est critique dans votre application, veuillez contacter un ingénieur de conception ou d'application Smalley en remplissant le formulaire en bas de cette page ou en nous appelant au +1-847-719-5950.
Un anneau d'arrêt personnalisé, ou éventuellement un anneau à auto-verrouillage, peut être une option si les exigences de votre application dépassent la capacité de rotation recommandée de nos anneaux standard. Des anneaux équilibrés sont également disponibles pour les applications où le centre de masse est critique.
La fonction d'auto-verrouillage se compose d'une languette et d'une fente qui s'emboîtent pour empêcher l'anneau de se dilater. La languette s'aligne avec une fente sur le tour correspondant de sorte que, lorsque l'anneau est installé dans la gorge, la languette se loge dans la fente, permettant à l'anneau de fonctionner correctement à des vitesses dépassant de loin la capacité de rotation d'un anneau d'arrêt standard. La fonction d'auto-verrouillage permet à l'anneau de fonctionner à des vitesses élevées, de résister aux vibrations, de fonctionner sous une accélération rapide et d'absorber un certain degré de charges d'impact. En savoir plus sur un anneau à auto-verrouillage.
En tant que leader du marché des solutions innovantes d'anneaux d'arrêt, Smalley investit continuellement dans la recherche et le développement afin de répondre aux exigences des applications à grande vitesse de rotation.
La toute dernière innovation de Smalley en matière d'anneaux d'arrêt est l'anneau à auto-verrouillage Revolox. La fonction révolutionnaire d'auto-verrouillage consiste en une conception avec saillie en forme de dôme qui sécurise votre application de manière sûre et efficace à des vitesses élevées.
La saillie en forme de dôme est poinçonnée sur la face inférieure de l'anneau. La partie fente est créée en découpant dans le tour adjacent. Le dôme est positionné de manière à être emprisonné dans la fente une fois l'anneau installé dans une gorge, se verrouillant ainsi en place. À mesure que l'anneau tourne, il se dilate et vient engager le dôme et la fente, empêchant toute expansion supplémentaire.
Les résultats des tests ont montré une capacité de vitesse de rotation nettement supérieure à celle d'un anneau d'arrêt standard équivalent sans verrouillage. De plus, cette conception révolutionnaire est le premier anneau à grande vitesse de rotation sur le marché conçu pour une installation automatisée. Cela contribue à faire du Revolox une excellente solution pour les volumes de production élevés.
La fonction d'équilibrage de Smalley équilibre statiquement l'anneau d'arrêt. Une série de fentes, à l'opposé de l'interstice, est positionnée de sorte que le centre de gravité de l'anneau soit équilibré statiquement le long de son axe de rotation. Cette caractéristique est très utile lorsque l'équilibrage de l'assemblage est critique, comme dans le cas d'un rotor. En savoir plus sur un anneau équilibré.
Installation
Les équations fournies sont utilisées pour vérifier que la limite d'élasticité du matériau de l'anneau n'est pas dépassée par la contrainte due à l'installation. Les pièces standard assemblées manuellement dans les diamètres d'arbre/alésage et de gorge recommandés ne nécessitent pas d'analyse des contraintes. Les anneaux personnalisés, ou les anneaux assemblés avec un outillage personnalisé, nécessitent une analyse des contraintes.
Pour sélectionner une valeur de contrainte sécuritaire, il est nécessaire d'estimer la limite d'élasticité de la matière première. La résistance minimale à la traction, telle qu'elle apparaît dans le lien hypertexte du tableau des matériaux du catalogue, peut être utilisée comme estimation appropriée. Comme pour tout calcul théorique, une analyse plus approfondie de l'application réelle pourra révéler que ces valeurs de contrainte peuvent être dépassées. Cependant, il convient de prendre en compte les caractéristiques fonctionnelles telles que la méthode d'installation, le nombre de fois où l'anneau sera installé et démonté, la charge axiale et/ou la capacité centrifuge.
Après le formage, la tendance naturelle de l'anneau est de revenir à son état d'origine. Cela place le bord intérieur de la paroi radiale sous tension résiduelle et le bord extérieur sous compression résiduelle. Pour tenir compte de la contrainte résiduelle présente dans l'anneau lors de la dilatation, seule 80 % de la résistance minimale à la traction doit être utilisé pour la comparaison avec la contrainte d'installation ; voir le tableau ci-dessous. Dans les conceptions personnalisées, où la contrainte d'installation dépasse la limite élastique du matériau, des anneaux peuvent être produits à des diamètres qui se déformeront d'une valeur prédéterminée lors de l'assemblage. Une fois installé, l'anneau aura l'adhérence appropriée sur la gorge.
Application Pourcentage de la résistance minimale à la traction Arbre 80 % Logement 100 %
Nomenclature
SE = Contrainte due à la dilatation (psi)
SC = Contrainte due à la compression (psi)
E = Module d'élasticité (psi)
b = Paroi radiale (po)
DS = Diamètre de l'arbre (po)
DH = Diamètre du logement (po)
DI = Diamètre intérieur libre, minimum (po)
DO = Diamètre extérieur libre, maximum (po)