BRPI0815192B1

BRPI0815192B1 - Fixador de travamento rosqueado, e, conjunto de fixador de travamento rosqueado

Info

Publication number: BRPI0815192B1
Application number: BRPI0815192-0A
Authority: BR
Inventors: Alan Pritchard
Original assignee: Research Engineering & Manufacturing, Inc.
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2008-08-11
Publication date: 2021-10-19
Also published as: EP2176560A2; WO2009023166A2; KR20100055463A; TW200925446A; CN104564992A; EP2176560B1; BRPI0815192A2; PL2176560T3; US20090047093A1; MY157161A; US7722304B2; ES2526212T3; TWI498490B; WO2009023166A3; CN104564992B; CN101855463A; KR101512209B1

Abstract

fixador de travamento rosqueado, e, conjunto de fixador de travamento rosqueado. é descrito um conjunto de fixação de travamento rosqueado compreendendo uma ancoragem de porca que define uma rosca interna que tem um eixo longitudinal, uma face dianteira e uma face traseira, a rosca interna, em seção axial, tendo um perfil que é simétrico em torno de uma primeira linha imaginária que estende-se radialmente para fora do eixo, e uma haste do fixador com uma rosca externa com um eixo longitudinal, uma fase de forma que os ditos eixos fiquem substancialmente coincidentes. a rosca externa, em seção axial, tem um perfil com uma zona de base radialmente interna que é simétrica em torno de uma segunda linha imaginária que estende-se radialmente a partir do eixo da haste e um apêndice defectível radialmente externo que não é simétrico em torno dessa linha de forma que o apêndice impeça centralização axial do perfil da rosca externa no perfil da rosca interna, a menos que seja aplicada uma força axial suficiente na haste para defletir o apêndice.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo da invenção

[001] Esta invenção diz respeito a um conjunto de fixador de travamento rosqueado/torque prevalecente e especialmente a um fixador com uma geometria do perfil de rosca externa melhorada que otimiza a integridade da junta do conjunto.

Informação dos Fundamentos

[002] Em geral, é aceitável que o objeto com uma rosca externa especialmente desenhada em um fixador de travamento do tipo rosqueado seja para criar uma condição de interferência de rosca conjugada quando o fixador é aparafusado em uma ancoragem de porca que foi pré-afunilada de acordo com um padrão de rosca conhecido e aceito, tal como o padrão ISO 965/1. Os termos "ancoragem de porca" na forma aqui usada devem incluir qualquer porca separada ou qualquer âncora ou suporte no qual o fixador pode ser rosqueado.

[003] Tal interferência de rosca conjugada pode ocorrer no diâmetro principal ou externo da rosca mostrado na figura 1A. Essa figura mostra uma vista seccional transversal fragmentada de uma rosca de parafuso externa 2 montada em uma rosca interna pré-afunilada 3 de uma ancoragem de porca, onde a interferência de rosca 4 é vista no diâmetro externo das roscas conjugadas. A interferência é criada dispondo-se uma distância do diâmetro do passo 5 da rosca externa 2 maior que a distância do diâmetro do passo 6 da rosca interna até o diâmetro externo ou principal dessa rosca. A magnitude da interferência 4 é a que estabelece a capacidade de travamento rosqueado do conjunto de fixador rosqueado/ancoragem de porca.

[004] A interferência de rosca conjugada pode também ocorrer no diâmetro menor ou interno da rosca mostrado na figura 1B. Aí, a rosca externa 7 de um fixador é montada em uma ancoragem de porca com uma rosca interna 8. Uma interferência vista em 9 no diâmetro menor da rosca cria as características de travamento rosqueado do conjunto.

[005] Um terceiro tipo de interferência de rosca conjugada está representado na figura 1C. Aí, um fixador com uma rosca externa 10 está mostrado montado em uma ancoragem de porca que tem uma rosca interna 11. Neste conjunto, uma interferência 12 é criada ao longo dos flancos da rosca.

[006] Nas figuras 1A a 1C, a cabeça do fixador com a rosca externa 2, 7 ou 10 fica localizada na direção da seta H.

[007] Fica aparente que todos os conjuntos conhecidos citados se baseiam somente na interferência de rosca conjugada para atingir o efeito de travamento rosqueado. É geralmente aceito na indústria que a magnitude da interferência de rosca conjugada é o fator governante do grau do travamento rosqueado que pode ser obtido por qualquer dos conjuntos citados. Em todos esses exemplos, a reutilização continuada do fixador rosqueado causa desgaste das roscas conjugadas, resultando em um menor grau de travamento rosqueado com o tempo.

[008] Embora cada um dos conjuntos de interferência de rosca supradescritos possa ser efetivo em aplicações particulares, existem algumas aplicações onde eles não atingem o efeito de travamento rosqueado desejado, em decorrência do que a integridade da união do conjunto pode ficar comprometida. Em outras palavras, o fixador rosqueado pode ficar bambo quando o conjunto unido é submetido a forças aplicadas externamente. O termo "conjunto unido" significa um conjunto em que o fixador rosqueado foi submetido a uma força de tensão que é induzida no fixador pelo torque aplicado usado para produzir um conjunto aceitável.

Sumário da invenção

[009] Dessa maneira, a presente invenção visa prover um conjunto de fixador de travamento do tipo rosqueado melhorado que produz integridade da união do conjunto superior quando submetido a forças aplicadas externamente.

[0010] Um objetivo adicional da invenção é prover um conjunto fixador de travamento rosqueado que pode ser reutilizado sem perder significativamente sua capacidade de travamento.

[0011] Um outro objetivo da invenção é prover um conjunto deste tipo que pode ser usado em uma variedade de diferentes aplicações.

[0012] Ainda um outro objetivo é prover um conjunto de fixador como este que tem uma maior capacidade de retenção de carga de sujeição.

[0013] Também um outro objetivo da invenção é prover um fixador de travamento rosqueado que, quando montado em uma ancoragem de porca, proporcione uma ou mais das vantagens citadas.

[0014] Um objetivo adicional da invenção é prover um fixador como este que é relativamente fácil e barato de fabricar em grande escala.

[0015] Ainda um outro objetivo da invenção é prover um fixador deste tipo cuja haste pode ter uma configuração cilíndrica ou lobular.

[0016] Outros objetivos, em parte, ficarão óbvios e, em parte, surgirão a seguir.

[0017] Dessa maneira, a invenção compreende os recursos de construção, combinação de elementos e arranjo de partes que serão exemplificados na descrição detalhada seguinte, e o escopo da invenção será indicado nas reivindicações.

[0018] Em geral, a invenção usa a interferência de rosca desenvolvida nos diâmetros maior ou externo das roscas do fixador e ancoragem de porca casadas para melhorar o desempenho gerado do travamento rosqueado, incluindo um apêndice especialmente projetado na rosca do fixador para armazenar energia residual na rosca criada pela deflexão do apêndice quando o fixador é sujeitado na ancoragem de porca para fazer um conjunto.

[0019] Conforme será descrito com mais detalhes a seguir, a utilização da energia residual ou armazenada na rosca do fixador é mais bem utilizada quando a deflexão do apêndice da rosca não excede o que causaria uma deformação permanente do apêndice de rosca do fixador. Ou seja, a deflexão é mais bem mantida no "limite de proporcionalidade" do material e geometria da rosca do fixador.

[0020] De acordo com a invenção, o fixador tem uma haste rosqueada com um núcleo axial e uma rosca helicoidal formada no núcleo. O perfil seccional transversal axial da rosca fornece a zona de base da rosca radialmente interna que se estende do núcleo até uma linha de referência imaginária espaçada do eixo do núcleo e paralela a ela. O perfil também fornece um apêndice de rosca radialmente externa que se estende da linha de referência até a ponta da rosca e que é defectível. A base da rosca e o apêndice são delimitados pelas faces dianteira e traseira que se estendem do núcleo até a ponta. A face traseira tem uma porção radialmente interna e uma porção radialmente externa que unem na linha de referência de maneira a definir um ângulo incluído menor que 180o de forma que, quando o fixador é rosqueado em uma ancoragem de porca e a face traseira da rosca do fixador é puxada contra a face dianteira da rosca da ancoragem de porca com uma força selecionada, o apêndice de rosca é defletido de maneira a aumentar o ângulo incluído, armazenando assim energia residual na rosca do fixador, resultando em um conjunto unido com maior integridade de união e retenção de carga de sujeição.

Breve descrição dos desenhos

[0021] Para um melhor entendimento da natureza e objetivos da invenção, deve-se fazer referência à descrição detalhada seguinte, considerada com relação aos desenhos anexos, em que: As figuras 1A a 1C, já descritas, são vistas diagramáticas mostrando em seção conjuntos de rosca de autotravamento externa/interna em que a interferência de travamento rosqueado é criada, respectivamente, no diâmetro maior ou externo da rosca, no diâmetro menor ou interno da rosca, e em um dos flancos da rosca. A figura 2 é uma vista elevacional lateral fragmentada de um fixador de travamento rosqueado com um perfil de rosca de acordo com a invenção; A figura 3 é um diagrama esquemático, em uma escala muito maior, mostrando o perfil da rosca do fixador da figura 2; A figura 4 é uma vista elevacional lateral com partes em seção mostrando o fixador da figura 2 montado em uma ancoragem de porca, mas antes de a tensão ser aplicada na haste do fixador; e A figura 5 é uma vista diagramática, em uma escala muito maior, mostrando uma parte do conjunto da figura 4 depois de a tensão ser aplicada na haste do fixador.

Descrição de uma modalidade preferida

[0022] Referindo-se à figura 2, um fixador de travamento rosqueado 20 que incorpora a invenção inclui uma cabeça de acionamento 22 e uma haste indicada no geral por 24 que se estende da cabeça ao longo de um eixo central A. A cabeça pode ser de qualquer tipo ou configuração desejada e pode conter uma fenda ou recesso 22a, como mostrado, ou uma projeção, que facilita a rotação do fixador. Também, embora a haste ilustrada 24 tenha uma seção transversal no geral circular, ela poderia também ter uma forma seccional transversal lobular. Por exemplo, ela pode ter uma seção transversal trilobal, como descrito, por exemplo, na patente U.S. 3.195.156. Dependendo da aplicação particular, a haste pode ter até sete lóbulos. Preferivelmente, um segmento da extremidade livre da haste 24 é cônico, como indicado por 24a, para facilitar a inserção do fixador em uma ancoragem de porca N (figura 4).

[0023] A haste 24 inclui um núcleo 26 com uma rosca 28 gerada em uma forma helicoidal em torno do núcleo 26. Esta rosca, que, em seção axial, tem um perfil 28', pode estender-se por todo o comprimento do núcleo, ou ao longo de uma porção deste. A rosca tem um diâmetro maior ou externo 32, um diâmetro menor ou interno 34 e uma altura do perfil da rosca 36 que é normalmente constante para um fixador de um dado tamanho. A magnitude do ângulo de hélice ou espiral α da rosca é determinada pelos relacionamentos diretos entre o diâmetro externo 34 e o passo cônico da rosca 38. Normalmente, o passo axial será de acordo com o da rosca pré-formada na ancoragem de porca escolhida pelo fabricante do conjunto.

[0024] É feita agora referência à figura 3, que mostra o perfil da rosca 28' da rosca 28 com mais detalhes. O perfil da rosca 28' compreende uma área radialmente interna ou zona de base 40 que se estende do núcleo 26 (figura 2) até uma linha de referência imaginária D disposta paralela ao núcleo, e uma zona radialmente externa ou apêndice 42 que se estende da linha de referência D até uma ponta da rosca 44. As duas zonas 40 e 42 são delimitadas por uma face dianteira do perfil da rosca 46 e uma face traseira 48.

[0025] Como visto pela figura 3, essas faces incluem porções radialmente internas 46a e 48a, respectivamente, que têm suas raízes no núcleo 26 e que convergem de forma que a base 40 fique simétrica em torno de uma linha de elevação L que se estende perpendicular ao núcleo e ao eixo da haste A (figura 2). Preferivelmente, a base 40 é bisseccionada pela linha L e define um ângulo incluído β e é de acordo com um diâmetro do passo 50 para uma forma de rosca conhecida padrão, a ancoragem de porca N tendo um diâmetro de passo compatível 51.

[0026] Acima da linha de referência D, o apêndice 42 é assimétrico em torno da linha L e tem uma porção da face dianteira 46b e uma porção da face traseira 48b. A porção da face 48b intercepta a porção da face 48a em um ponto crítico 52 na linha de referência D e define com esta um ângulo incluído Y na faixa de 158o a 162o, preferivelmente 160 o. A porção da face dianteira 46b pode ser mais ou menos uma extensão da porção 46a mostrada por uma linha tracejada na figura 3. Mais preferivelmente, essa face dianteira é entalhada, como mostrado nas linhas cheias nessa figura, de forma que o apêndice 42 tenha uma largura selecionada 54 na linha de referência D. O entalhe mínimo deve ser onde o ângulo δ na figura 3 é cerca de 165 o e intercepta a porção da face dianteira 46a na sua interseção com a linha de referência D, mostrado em linhas tracejadas nessa figura. O apêndice ilustrado também tem uma altura selecionada 56 e uma largura selecionada 58 na ponta 44. Como deve-se perceber, a largura da ponta 58 e a altura do apêndice 56 são usadas juntas e proporcionadas de maneira a prover interferência entre o diâmetro externo do apêndice da rosca 42 e o diâmetro maior da rosca interna da ancoragem de porca N (figura 4), isto é, similar à interferência 4 na figura 1A.

[0027] Com referência agora à figura 4, que mostra um conjunto compreendendo um fixador 20 rosqueado em uma ancoragem de porca pré- formada N, sendo uma peça de trabalho na forma de uma chapa 60 disposta entre a cabeça do fixador 22 e a ancoragem de porca N. Quando a cabeça do fixador 22 é rotacionada no sentido horário, a rosca helicoidal formada na haste do fixador cria um movimento à frente axial (esquerda) do fixador na rosca da ancoragem de porca. Pode-se ver pela figura 4 que o encaixe da rosca externa do fixador e a rosca interna da ancoragem de porca cria uma interferência radial (superdimensionada) em 62 nas cristas da rosca 28. A força necessária para superar esta interferência radial e permitir que um conjunto seja feito é referida aqui como "torque prevalecente". Este torque prevalecente tem que ser superado a fim de que as faces opostas da ancoragem de porca N e da chapa 60, bem como das faces opostas dessa chapa e a cabeça do fixador 22 façam contato uma com a outra.

[0028] A figura 4 mostra o conjunto em que essas condições foram atendidas. Em outras palavras, na posição ilustrada dos componentes do conjunto, as cargas de compressão C são zero e a força de tração da haste do fixador induzida T é zero. Também com essas condições a face dianteira N1 de cada rosca da ancoragem de porca N é espaçada da face traseira da rosca correspondente 28 do fixador 20, exceto onde elas interferem radialmente em 62. Isto é visto mais claramente na figura 3, onde a face dianteira N1 da ancoragem de porca está mostrada como uma linha tracejada. Nessas condições, o apêndice de rosca 42 está ainda em um estado natural não tensionado e não defletido, e está espaçado da face da rosca da porca N1 sem ser na interferência 62 da qual o torque prevalecente é criado durante a montagem do fixador na ancoragem de porca.

[0029] Referindo-se agora às figuras 4 e 5, a continuidade da rotação do fixador 20 no sentido horário submeterá a rosca do fixador 28 a uma força de tração T que se desenvolverá em uma força axial W que será aplicada em cada convolução da rosca 28 no ponto crítico 52 (figuras 4 e 5), fazendo assim com que o apêndice de rosca correspondente 42 deflita (para a esquerda na figura 5) uma quantidade G. Esta deflexão desenvolverá cargas de sujeição positivas C nas faces opostas da cabeça do fixador 22, chapa 60 e ancoragem de porca N, como mostrado na figura 4. A deflexão de cada apêndice 42 continua até que não haja substancialmente nenhuma folga entre a face traseira 48 de cada convolução da rosca e a face dianteira N' da rosca da ancoragem de porca correspondente, isto é, até que as faces da rosca 48a e 48b do perfil de rosca 28' na figura 3 estejam relativamente retas, como mostrado por linhas cheias na figura 5. Deve-se notar que o diâmetro do passo efetivo do fixador 50 da rosca 28 e o diâmetro do passo efetivo 51 da ancoragem de porca N mostrados na figura 3 são partes integrais no estabelecimento da quantidade de deflexão do apêndice G. De qualquer maneira, nesta união, a carga de sujeição máxima C terá sido atingida que pode ser desenvolvida pela deflexão do apêndice da rosca externa.

[0030] Deve-se notar que a base 40 da rosca 28, sendo rígida, não deflete a nenhum valor apreciável. A força axial W aplicada no ponto crítico 52 na figura 5 é abaixo da carga de tração induzida máxima T, e a deflexão do apêndice 42 fica dentro do "limite de proporcionalidade" da geometria do apêndice de rosca e do material do fixador de maneira tal que o apêndice não atinja uma condição de ajuste permanente. Em outras palavras, o limite elástico da rosca não é excedido. Assim, caso ocorra relaxamento da tensão do fixador induzida T, permanecerá uma força agindo nas extremidades externas das porções da face traseira 48b, isto é, nas interferências radiais 62 (figura 5), que manterão uma proporção das forças compressivas C dentro do conjunto, mesmo depois que a força de tração T seja reduzida.

[0031] Assim, é a energia armazenada no apêndice defletido 42 que aumenta e mantém as forças da carga de sujeição além daquelas que podem ser desenvolvidas usando conjuntos de travamento rosqueado convencionais tais como aqueles representados nas figuras 1A a 1C. Em outras palavras, a deflexão do apêndice de rosca e a energia residual armazenada na rosca fornecem um dispositivo mecânico extra que suplementa a interferência radial 62 que ocorre nas pontas das roscas, melhorando assim a integridade da união do conjunto, comparado com conjuntos conhecidos deste tipo geral.

[0032] Como anteriormente notado, é preferível que a face dianteira da rosca do fixador 28 seja entalhada. A preferência pelo entalhe é para garantir que, quando o apêndice de rosca 42 é defletido, como representado na figura 5, a força necessária para produzir a deflexão desejada fique abaixo da força de tração total T que seria induzida no fixador 20 quando ele é corretamente sujeitado. Assim, o entalhe está presente para prover um "momento de inércia" aceitável do apêndice de rosca que é desenvolvido pelos relacionamentos geométricos entre a largura da base do apêndice 54, altura do apêndice 56 e largura da ponta 58 mostrados na figura 3.

[0033] A porção da face dianteira 46b do apêndice de rosca 42 não precisa ser entalhada, caso o desenho do conjunto não tenha exigência de que deflexão de apêndice de rosca G seja estabelecida sob forças que estão abaixo do limite de resistência do fixador 20.

[0034] Várias modificações e adições podem ser feitas pelo fixador sem fugir do escopo da invenção. Por exemplo, as porções dianteira e traseira do perfil de rosca 28' podem ter inúmeras formas projetadas para abordar propósitos particulares. Também, o passo e tamanho do perfil de rosca 28' podem variar dependendo do material da ancoragem de porca N. Além do mais, embora a deflexão do apêndice de rosca 42 seja uma parte integral da invenção, não se deve presumir que as ilustrações dadas a título de exemplo não possam ser modificadas de maneira a atingir a retenção de carga de sujeição supradescrita à qual a invenção diz respeito. Também, outros parâmetros de projeto podem ser baseados nos materiais dos quais o fixador e/ou ancoragem de porca são feitos, e podem variar de acordo com os mesmos.

[0035] Deve-se notar também que o presente fixador pode ser feito usando os mesmos processos usados para fabricar outros fixadores mais convencionais deste tipo geral que não tem a capacidade de travamento rosqueado melhorada supradescrita e a um custo similar. Portanto, ela deve ter uma ampla aplicação.

[0036] Pode-se ver assim que os objetivos apresentados aqui entre aqueles que ficam aparentes a partir da descrição anterior são alcançados eficientemente. Também, várias outras mudanças podem ser feitas na construção apresentada sem fugir do escopo da invenção. Portanto, pretende- se que toda matéria contida na descrição apresentada ou mostrada nos desenhos anexos seja interpretada como ilustrativa, e não em um sentido limitante.

[0037] Deve-se entender também que as reivindicações seguintes visam cobrir todos recursos genéricos e específicos da invenção aqui descrita.

Claims

1. Fixador de travamento rosqueado (20) compreendendo uma haste (24) incluindo um núcleo que tem um eixo longitudinal (A) e uma rosca externa (28) cujo perfil (28’) em seção axial fornece uma base relativamente rígida (40) radialmente interna que estende-se ao longo de um raio do núcleo até uma linha (D) de referência imaginária espaçada do dito eixo (A), e paralela a ele, um apêndice defectível radialmente externo (42) que estende-se ao longo de um raio da linha de referência (D) até uma ponta (44) no diâmetro maior da rosca (28), as ditas base (40) e apêndice (42) sendo delimitadas pelas faces dianteira (46) e traseira (48) da rosca que estendem-se do núcleo até a ponta , a dita face traseira (48) tendo uma porção substancialmente reta, radialmente interna (48a) que estende-se do núcleo até um ponta (52) na dita linha de referência e (D) uma porção substancialmente reta, radialmente externa (48b) que estende-se do dito ponto na linha de referência até a dita ponta, as ditas porções retas radialmente interna e externa definindo um ângulo incluído exterior obtuso (y) e em que o apêndice é deflectível em torno de dito ponto, de forma que, quando a face traseira é puxada contra a face dianteira de uma rosca de ancoragem de porca (N) com uma força selecionada, o apêndice deflita de maneira a aumentar o dito ângulo incluído a um máximo de 180o; caracterizadopelo fato de que em que a base tem a forma de um trapezóide regular que é simétrico em torno de uma linha de elevação (L) que se estende ao longo de dito raio; em que o apêndice (42) é assimétrico em torno da dita linha de elevação (L); e em que a face dianteira é entalhada na dita linha de referência, ou acima dela, para reduzir a dita força selecionada exigida para defletir o apêndice.

2. Fixador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a haste (24) tem uma seção transversal lobal.

3. Fixador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a seção transversal da haste (24) é trilobal.

4. Fixador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo (y) incluído é 158oa 162o.