Capacità di carico
Per determinare la capacità di carico degli anelli di sicurezza Smalley occorre calcolare la resistenza al taglio degli anelli e la resistenza alla deformazione della gola di alloggiamento, prendendo come valore limite quello più basso fra i due calcolati.
Nessun carico dinamico o eccentrico viene preso in esame per le formule di calcolo. Inoltre si deve tenere in considerazione la geometria della gola e la distanza della gola dallo spallamento. Ove esistono particolari condizioni operative, le reali prestazioni degli anelli vengono determinate attraverso il collaudo finale.
Resistenza al taglio dell'anello
Sebbene non sia la causa più frequente di rotture negli anelli di sicurezza Smalley, la resistenza al taglio dell'anello può essere un limite progettuale quando viene impiegato un acciaio temprato come materiale per la gola. Questi valori, riportati nelle tabelle degli anelli di sicurezza, sono calcolati considerando la resistenza al taglio dell'acciaio al carbonio con un fattore di sicurezza 3.
Formula
PR = Carico assiale ammissibile calcolato in funzione alla restistenza al taglio (N)
D = Diametro all'albero o sede gola (mm)
T = Spessore anello (mm)
Ss = Resistenza al taglio del materiale dell'anello (N/mm2)
K = Fattore di sicurezza (3 consigliato)
Resitenza al taglio
Esempio:
1) DNH-100-S02
2) Fattore di sicurezza=3
Resistenza alla deformazione della gola (snervamento)
La resistenza alla deformazione della gola è il limite progettuale più comune per la verifica degli anelli di sicurezza. Quando avviene una deformazione permanente della gola l'anello comincia a torcersi. Se l'angolo di torsione aumenta, l'anello inizia ad aumentare di diametro. Al termine l'anello si imbutisce e fuoriesce dalla gola. Si consiglia un fattore di sicurezza 2. I valori di spinta assiale calcolata in funzione della resistenza alla deformazione della gola sono riportati nelle tabelle degli anelli di sicurezza.
Formula
PG = Carico assiale ammissibile in funzione della resistenza alla deformazione della gola (N)
D = Diametro albero o sede gola (mm)
d = profondità gola (mm)
Sy = Resistenza allo snervamento del materiale della gola (N/mm2), Tabella 1
K = Fattore di sicurezza (2 consigliato)
Deformazione permanente della gola
Tabella 1
Esempio:
Perciò il valore di 87.650 N sarà la capacità di carico dell'insieme anello/gola, in quanto il valore della resistenza alla deformazione della gola (87.650 N) è inferiore alla resistenza al taglio dell'anello (220.932 N).
Geometria della gola
Raggio della gola
Per garantire una capacità di carico massima è essenziale avere gole ed elementi di appoggio rettangolari. Tali elementi di appoggio devono sempre essere perpendicolari alla gola per mantenere una concentricità di carico. I raggi di raccordo sul fondo della gola non devono superare i valori indicati nella Tabella 2.
Tabella 2
Elementi di appoggio
L'elemento di appoggio ideale è a sezione rettangolare e deve essere a contatto con l'anello il più vicino possibile all'albero o alla sede della gola. Il massimo raggio o smusso consigliato sull'elemento di appoggio può essere calcolato nel modo seguente:
Formula
Raggio Massimo = 0.5 (b-d) (sull'elemento di appoggio)
Smusso Massimo = 0.375 (b-d) (sull'elemento di appoggio)
dove:
b = Spessore radiale (mm)
d = Profondità della gola (mm)
Esempio
1) DNH-100 S02
Raggio Massimo = 0,5(6,05-1,8)=2,13 mm
Smusso Massimo = 0,375(6,05-1,8)=1,59 mm
Lunghezza dello spallamento
Le gole situate vicino agli spallamenti devono avere una adeguata lunghezza di spallamento per massimizzare lo sforzo. Entrambi i carichi (taglio e flessione) devono essere verificati e il valore più grande dei due deve essere scelto come lunghezza di spallamento. Come regola generale, la lunghezza minima di spallamento dovrebbe essere circa 3 volte la profondità della gola.
Formula di taglio
Formula di flessione
z = Lunghezza di spallamento (mm)
P = Carico (N)
DG = Diametro gola (mm)
Sy = Resistenza allo snervamento del materiale della gola (N/mm2), Tabella 1
d = Profondità della gola (mm)
K = Fattore di sicurezza (3 consigliato)
Esempio:
1) DNH-100-S02
2) Resistenza al taglio del materiale dell'anello = 310 N/mm2
3) Fattore di sicurezza = 2
4) Carico = 60.000 N
Perciò la lunghezza minima di spallamento sarà 5,35 mm