BR102012029268A2 - Porca de segurança aperfeiçoada - Google Patents

Abstract

PORCA DE SEGURANÇA APERFEIÇOADA. Trata-se de uma porca de segurança que compreende uma porca metálica que inclui uma parede rosqueada interna que serve para engatar, de modo rosqueado, um eixo rosqueado de um parafuso; e um anel metálico que incuiu uma parede rosqueada interna que define um orifício que serve para engatar, de modo rosqueado, o eixo rosqueado do parafuso. O anel composto por uma liga de aço, e recebível por um furo da porca. A parede rosqueada interna da porca e a parede rosqueada interna do anel ficam em um alinhamento genericamente axial quando o anel for recebido pelo furo da porca. O anel tem uma configuração genericamente elíptica e é configurado para distorcer para uma configuração genericamente circular quando o eixo rosqueado do parafuso for engatado, de modo rosqueado, à parede rosqueada interna da porca e à parede rosqueada interna do anel. O anel é dimensionado de tal modo que a tensão no anel quando o mesmo for distorcido para a configuração genericamente circular seja menor que a tensão produzida da liga de aço. Um método para construir a porca de segurança incluindo dimensionar o anel de tal modo que a tensão no anel quando o mesmo for distorcido para a configuração genericamente circular seja menor que a tensão produzida da liga de aço. Pode-se aplicar um revestimento de difusão térmica ao anel

Description

“PORCA DE SEGURANÇA APERFEIÇOADA” A presente revelação refere-se a uma porca de segurança e a um método para construção de uma porca de segurança.

ANTECEDENTES

As porcas de segurança metálicas de duas peças que compreendem uma porca metálica e um anel metálico disposto na mesma e preso, de modo giratório, à mesma são bem conhecidas. A porca metálica e o anel metálico são axialmente alinhados e têm roscas que se alinham para se engatarem, de modo rosqueado, a um parafuso. Tais porcas de segurança dependem da distorção do anel para criarem força sobre o parafuso com o intuito de prender juntos a porca de segurança e o parafuso. Os anéis são submetidos a altas tensões durante o processo de fixação e durante a distorção para se obter um forte efeito de retenção. No entanto, esta alta tensão influencia outras propriedades da porca de segurança. Por exemplo, a alta tensão tende a limitar a reutilização das porcas de segurança e a capacidade de reaperto das porcas de segurança após estas terem sido usadas devido ao fato de os anéis não retornarem a seu tamanho original após o desengate a partir do parafuso. Devido ao fato de afetar as propriedades do aço, a alta tensão também tende a encurtar a vida útil das porcas de segurança, em que as porcas de segurança são usadas em ambientes de alta vibração ou severos, como, por exemplo, em operações de mineração, trituração e pulverização.

SUMÁRIO A presente revelação refere-se a uma porca de segurança que compreende uma porca metálica e um anel metálico. A porca inclui uma parede interna rosqueada que define um furo que serve para engatar, de modo rosqueado, um eixo rosqueado. O anel inclui uma parede rosqueada interna que define um orifício que serve para engatar, de modo rosqueado, o eixo rosqueado. O anel é composto por uma liga de aço. O anel é recebível pelo furo. A parede rosqueada interna da porca e a parede rosqueada interna do anel se encontram em um alinhamento axial geral quando o anel for recebido pelo furo da porca. O anel tem uma configuração genericamente elíptica e é configurado para se alterar para uma configuração genericamente circular quando o eixo rosqueado for engatado, de modo rosqueado, à parede rosqueada interna da porca e à parede rosqueada interna do anel. O anel é dimensionado de tal modo que a tensão no anel quando mesmo for distorcido para a configuração genericamente circular seja menor que a tensão produzida da liga de aço. O anel pode ser travado, de modo giratório, à porca. O anel pode incluir uma alheta e a porca pode definir uma fenda contínua ao furo da porca para receber a alheta para travar, de modo giratório, o anel e a porca quando o anel estiver dentro do furo da porca. Pode-se aplicar um revestimento de difusão térmica ao anel. A presente revelação também se refere a um método para construir a porca de segurança incluindo dimensionar o anel de tal modo que a tensão no anel quando o mesmo for distorcido para a configuração genericamente circular seja menor que a tensão produzida da liga de aço. O método pode incluir revestir o anel com um revestimento de difusão térmica.

Os recursos e vantagens da revelação serão apresentados em parte na descrição a seguir e nos desenhos em anexo descritos abaixo, sendo que uma ou mais modalidades da revelação é descrita e mostrada, e, em parte, se tornarão aparentes mediante exame da descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos em anexo.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS A presente revelação e as vantagens desta se tornarão mais aparentes mediante consideração da descrição detalhada a seguir quando tomada em conjunto com os desenhos em anexo: A Figura 1 é uma vista explodida de uma porca de segurança de acordo com uma modalidade da presente revelação e de um parafuso para montagem sobre a porca de segurança; A Figura 2 é uma vista em perspectiva da porca de segurança e do parafuso da Figura 1 montados juntos; A Figura 3 é uma vista de topo do anel da porca de segurança das Figuras 1 e 2 antes de a mesma ter sido engatada à porca; e A Figura 4 é uma vista esquemática por natureza, que ilustra um método para dimensionar o anel de uma porca de segurança de acordo com uma modalidade da presente revelação.

DESCRICÃO DETALHADA DA MODALIDADE ILUSTRADA

As Figuras 1 a 4 ilustram, em geral, uma porca de segurança 10 de acordo com uma modalidade ilustrada da presente revelação engatada a um parafuso 12. A porca de segurança 10 ilustrada compreende, em geral, um anel metálico 14 e uma porca metálica 16. Na modalidade ilustrada, o parafuso 12 tem um eixo rosqueado 18 e uma cabeça de parafuso 20. O eixo rosqueado 18 e o parafuso 12 podem ter qualquer tamanho e formato adequados e podem estar sob a forma de qualquer outro elemento de fixação rosqueado adequado. A cabeça de parafuso 20 pode definir uma reentrância (não mostrada) para receber uma chave Allen, ou similares. De acordo com outras modalidades da presente revelação, o eixo rosqueado 18 pode ser usado sozinho ou pode ser associado a qualquer outro parafuso ou estrutura de não-parafuso. O anel 14 ilustrado inclui uma parede rosqueada interna 30 que define um furo atravessante rosqueado 32 que serve para engatar, de modo rosqueado, o eixo rosqueado 18 do parafuso 12, e uma superfície externa 34 tendo uma alheta 36 que serve para travar, de modo giratório, o anel à porca 16 conforme descrito nas partes que se seguem do presente documento. A alheta 36 ilustrada tem uma configuração semicircular e se estende substancialmente em toda a altura do anel 14. A alheta 36 ilustrada pode ser chanfrada em uma ou ambas as extremidades. De acordo com outras modalidades da presente revelação, a alheta 36 pode ter qualquer outra estrutura adequada e o anel 14 pode incluir alhetas adicionais. Além disso, de acordo com outras modalidades da presente revelação, o anel 14 pode incluir qualquer outra estrutura de travamento adequada para travar, de modo giratório, o anel à porca 16, tal como, por exemplo, uma ou mais serrilhas, fechaduras, pinos de trava, ou similares.

Antes de se prender à porca 16, o anel 14 tem inicialmente um formato genericamente elíptico, que no presente documento significa um formato onde, com referência à Figura 3, uma dimensão de largura “A” do anel é menor que uma dimensão de comprimento “B” do anel. O formato genericamente elíptico não se destina a requerer simetria, especialmente visto que o anel 14 pode precisar ser distorcido para alcançar seu formato genericamente elíptico. O anel 14 pode ser produzido a partir de qualquer liga de aço adequada ou a partir de qualquer outro material adequado. O anel 14 pode ter qualquer outra estrutura e configuração de acordo com outras modalidades da presente revelação.

Pode-se aplicar um revestimento de difusão térmica ao anel 14 de acordo com uma modalidade da presente revelação. O revestimento de difusão térmica pode ser aplicado de qualquer maneira adequada. O processo de difusão térmica cria uma camada metálica de zinco ligada à superfície do anel 14, utilizando-se uma formulação de pó de zinco ou outra formulação adequada. A formulação pode, por exemplo, ser um produto denominado como ArmorGalv® comercializado junto à Distek N.A LLC of Elk Grove, Illinois, EUA. O anel 14 pode ser revestido adicionando-se o anel e uma quantidade adequada da formulação a um tambor, que é vedado e aquecido em um forno, ou algo do gênero. O tambor gira lentamente no forno, enquanto é submetido a um ciclo de aquecimento e resfriamento de múltiplos estágios. O revestimento de difusão térmica pode ser aplicado de qualquer outra maneira adequada de acordo com outras modalidades da presente revelação. O revestimento de difusão térmica aumenta a vida útil da porca de segurança 10 porque, dentre outras razões, reduz o atrito mútuo localizado entre o anel 14 e o eixo rosqueado 18. A porca 16 tem uma configuração hexagonal e inclui uma parede interna 40 que define um furo genericamente cilíndrico 42. Uma porção da parede interna 40 é rosqueada e define um furo rosqueado 44 dentro do furo 42 e uma porção da parede interna é não-rosqueada definindo um furo não-rosqueado 46 dentro do furo 42 alinhado de modo genericamente axial ao furo rosqueado 44. A porção rosqueada da parede interna 40 serve para engatar, de modo rosqueado, o eixo rosqueado 18 do parafuso 12. O anel 14 é recebido pelo furo não-rosqueado 46. Uma face superior da porca 16 define uma fenda 50 contígua com o furo não-rosqueado 46 para receber a alheta 36 do anel 14 para travar, de modo giratório, o anel à porca. A porca 16 pode ser constituída por aço ou por qualquer outro material adequado. A porca 16 pode ter qualquer outra estrutura e configuração adequadas de acordo com outras modalidades da presente revelação. A porca de segurança montada 10 inclui a porca 16 e o anel 14, sendo que o anel é travado de modo giratório à porca. O anel 14 é disposto dentro do furo não-rosqueado 46 e a alheta 36 disposta dentro da fenda 50 definida pela porca 16. A parede rosqueada interna 30 do anel 14 se encontra em alinhamento genericamente axial com a porção rosqueada da parede interna 40 da porca 16. Pode existir uma separação entre a parede rosqueada interna 30 do anel 14 e a porta rosqueada da parede interna 40 embora possam estar em um alinhamento genericamente axial. O anel 14 com sua configuração genericamente elíptica é disposto dentro do furo não-rosqueado substancialmente cilíndrico 46. O anel 14 pode ser apertado ou pressionado de qualquer forma adequada à medida que é inserido no furo não-rosqueado 46. O formato genericamente elíptico do anel 14 engata a porção não-rosqueada da parede interna 40 da porca 16 para manter o anel dentro do furo não-rosqueado 46.

Para prender a porca de segurança 10 ao parafuso 12, o eixo rosqueado 18 do parafuso é inserido no furo 42 oposto ao anel 14 e é engatado, de modo rosqueado, à parede rosqueada interna 40 da porca 16. À medida que o parafuso 12 é girado em relação à porca de segurança 10, ou vice-versa, o eixo rosqueado 18 escala, de modo rosqueado, a parede rosqueada interna 40 da porca e a parede rosqueada interna 30 do anel 14. À medida que a rotação continua, o eixo rosqueado 18 do parafuso 12 faz com que o anel 14 se distorça para um formato genericamente circular, que no presente documento significa um formato de alguma forma circular, mas não é destinado a requerer simetria. A distorção aumenta a tensão no anel 14. A resistência rotacional resulta a partir do anel 14 devido a sua condição distorcida de tal modo que uma trava forte seja proporcionada entre o anel e o eixo rosqueado 18 do parafuso 12 para prender o parafuso à porca de segurança 10 e evitar um destravamento. A distorção do anel 14 cria uma força normal à direção do eixo geométrico do eixo rosqueado 18. Esta força causa um atrito entre o anel 14 e o eixo rosqueado 18 do parafuso 12 à medida que o parafuso é girado, e a força aumentada resulta em uma funcionalidade aperfeiçoada da porca de segurança 10. À medida que a força é aumentada, existe uma probabilidade aumentada de atrito mútuo localizado entre as superfícies casadas, porém, tal probabilidade é reduzida devido ao revestimento de difusão térmica que pode ser aplicado sobre o anel 14.

De acordo com a presente revelação, devido ás dimensões do anel 14, a tensão no anel à medida que o mesmo é distorcido durante o engate da porca de segurança 10 e o eixo 18 do parafuso 12 é menor que a tensão produzida da liga de aço do anel 14. Devido ao fato de a tensão no anel distorcido 14 estar abaixo da tensão produzida, o anel retornará normalmente a seu tamanho e formato original uma vez que o eixo 18 for desengatado da porca de segurança 10. Portanto, a porca de segurança 10 de acordo com a presente revelação pode ser regularmente reapertada e pode ser reutilizada. Adicionalmente, devido ao fato de a tensão estar abaixo da tensão produzida, o anel 14 é menos susceptível a falhas por rachaduras, tem menor probabilidade de reduzir seu desempenho com o passar do tempo, e menor probabilidade de diminuir seu desempenho com o uso repetido. A inclusão do revestimento de difusão térmica também proporciona benefícios.

Projetar ou, de outro modo, construir o anel 14 e a porca 16 de tal modo que a tensão no anel 14 durante o engate seja menor que a tensão produzida da liga de aço do anel 14 pode ser alcançado por princípios de engenharia e/ou por tentativa e erro. O projeto depende em grande parte do dimensionamento correto do diâmetro e da espessura do anel 14 antes de o mesmo ser distorcido para um formato genericamente elíptico. Com referência à Figura 4, o anel pode ser dimensionado da seguinte forma: Medir a dimensão A e a dimensão B do anel 14 antes da instalação na porca 16. Montar o anel 14 na porca 16. Instalar a porca de segurança 10 no eixo rosqueado 18 do parafuso 12. Remover a porca de segurança 10 do parafuso 12. Desmontar o anel 14 da porca 16. Medir novamente as dimensões A e B do anel 14. Se alguma das dimensões tiver variado, por exemplo, em mais de 0,005 cm (0,002”) (que, em grande parte, considera-se um erro de medição), o anel 14 precisa ser redimensionado, por exemplo, alterando-se seu diâmetro e/ou espessura inicial antes da distorção ao formato genericamente elíptico. Isto pode ser repetido em uma base de tentativas e erros até que o anel seja corretamente dimensionado. O anel 14 e a porca 16 podem ser dimensionados e verificados de qualquer outra forma adequada de acordo com outras modalidades da presente revelação.

Os esforços da técnica anterior para fabricar uma porca de segurança eficaz totalmente metálica de duas peças com uma porca de segurança metálica e um anel metálico sempre se basearam na distorção do anel 14 de tal modo que a tensão no anel durante o engate com o parafuso 12 excedesse a tensão produzida do material do anel porque esta proporciona uma força de retenção forte para a porca de segurança 10. A distorção do anel 14 de tal modo que a tensão no anel exceda a tensão produzida do material do anel, no entanto, afeta a capacidade de reutilização da porca de segurança 10 e também afeta na capacidade de reaperto da porca de segurança com o passar do tempo, porque o anel é incapaz de retornar substancialmente a sua condição original. Ademais, a distorção do anel 14 de tal modo que a tensão no anel exceda a tensão produzida do material do anel também afete a vida útil da porca de segurança em ambientes de alta vibração ou severos, tais como, por exemplo, em operações de mineração, trituração e pulverização. Com a porca de segurança 10 da presente revelação, a tensão no anel 14 durante a distorção ao formato genericamente circular é menor que a tensão produzida do material do anel e, como resultado, dura mais, tem maior probabilidade de ser reutilizável e reapertável e capaz de suportar melhor os ambientes de alta vibração e severos durante períodos de tempo estendidos. O revestimento de difusão térmica sobre o anel reduz ou elimina o atrito mútuo localizado e aumenta, ainda, a capacidade de o anel suportar ambientes de alta vibração e severos.

Muito embora as modalidades tenham sido ilustradas e descritas nos desenhos e na descrição anterior, tais ilustrações e descrições são consideradas exemplificadoras e não restritivas em caráter, compreende-se que apenas as modalidades ilustrativas foram mostradas e descritas e deseja-se que todas as alterações e modificações contidas no espírito da invenção sejam protegidas. Existe uma pluralidade de vantagens da presente revelação que surge a partir de vários recursos apresentados na descrição. Nota-se que as modalidades alternativas da revelação podem não incluir todos os recursos descritos, mas ainda assim se beneficiam de pelo menos algumas vantagens de tais recursos. Os indivíduos com conhecimento comum na técnica podem prontamente conceber suas próprias implementações da revelação e métodos associados, sem experimentações indesejadas, que incorporem um ou mais dos recursos da revelação e se enquadrem no espírito e escopo da presente revelação.

Claims (16)

1. Porca de segurança, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: uma porca metálica que inclui uma parede rosqueada interna que define um furo que serve para engatar, de modo rosqueado, um eixo rosqueado; e um anel metálico que inclui uma parede rosqueada interna que define um orifício que serve para engatar, de modo rosqueado, o eixo rosqueado, o anel composto por uma liga de aço, o anel recebível pelo furo e a parede rosqueada interna da porca e a parede rosqueada interna do anel estando em um alinhamento genericamente axial quando o anel for recebido pelo furo da porca, sendo que o anel tem uma configuração genericamente elíptica e é configurado para distorcer para uma configuração genericamente circular quando o eixo rosqueado for engatado, de modo rosqueado, à parede rosqueada interna da porca e à parede rosqueada interna do anel, sendo que o anel é dimensionado de tal modo que a tensão no anel quando o mesmo for distorcido para a configuração genericamente circular seja menor que a tensão produzida da liga de aço.

2. Porca de segurança, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende, ainda, um revestimento de difusão térmica aplicado ao anel.

3. Porca de segurança, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o revestimento de difusão térmica inclui uma formulação de zinco.

4. Porca de segurança, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o anel é travado, de modo giratório, à porca.

5. Porca de segurança, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o anel inclui uma alheta e a porca define uma fenda contígua ao furo da porca para receber a alheta para travar, de modo giratório, o anel e a porca quando o anel estiver dentro do furo da porca.

6. Porca de segurança, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a porca inclui uma parede não-rosqueada interna em alinhamento genericamente axial com a parede rosqueada interna da porca, e sendo que o furo compreende um furo rosqueado definido pela parede rosqueada interna da porca e um furo não-rosqueado definido pela parede não-rosqueada interna da porca, sendo que o furo não-rosqueado recebe o anel e a parede não-rosqueada interna engata o anel quando o mesmo for recebido pelo furo da porca.

7. Porca de segurança, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: uma porca metálica que inclui uma parede rosqueada interna que define um furo que serve para engatar, de modo rosqueado, um eixo rosqueado, sendo que a porca define uma fenda contígua ao furo; e um anel metálico que inclui uma parede rosqueada interna que define um orifício que serve para engatar, de modo rosqueado, o eixo rosqueado, o anel composto por uma liga de aço, o anel recebível pelo furo e a parede rosqueada interna da porca e a parede rosqueada interna do anel estando em um alinhamento genericamente axial quando o anel for recebido pelo furo, sendo que o anel inclui uma alheta recebível pela fenda para evitar a rotação do anel em relação à porca, sendo que o anel tem uma configuração genericamente elíptica e é configurado para distorcer para uma configuração genericamente circular quando o eixo rosqueado for engatado, de modo rosqueado, à parede rosqueada interna da porca e à parede rosqueada interna do anel, sendo que o anel é dimensionado de tal modo que a tensão no anel quando o mesmo for distorcido para a configuração genericamente circular seja menor que a tensão produzida da liga de aço.

8. Porca de segurança, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende, ainda, um revestimento de difusão térmica aplicado ao anel.

9. Porca de segurança, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que o revestimento de difusão térmica compreende uma formulação de zinco.

10. Porca de segurança, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato de que a porca inclui uma parede não-rosqueada interna que define o furo da porca, sendo que a parede não-rosqueada interna se encontra em alinhamento genericamente axial com a parede rosqueada interna da porca e define uma porção não-rosqueada do furo para receber o anel quando o mesmo for recebido pelo furo da porca.

11. Método para construção de uma porca de segurança, sendo que a porca de segurança compreende uma porca metálica que inclui uma parede rosqueada interna que define um furo que serve para engatar, de modo rosqueado, um eixo rosqueado e um anel metálico que inclui uma parede rosqueada interna que define um orifício que serve para engatar, de modo rosqueado, o eixo rosqueado, o anel composto por uma liga de aço, o anel recebível pelo furo e a parede rosqueada interna da porca e a parede rosqueada interna do anel estando em um alinhamento genericamente axial quando o anel for recebido pelo furo da porca, sendo que o anel tem uma configuração genericamente elíptica e é configurado para distorcer para uma configuração genericamente circular quando o eixo rosqueado for engatado, de modo rosqueado, à parede rosqueada interna da porca e à parede rosqueada do anel, CARACTERIZADO pelo fato de que o método compreende: dimensionar o anel de tal modo que a tensão no anel quando o anel for distorcido para a configuração genericamente circular seja menor que a tensão produzida ad liga de aço.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que aplica um revestimento de difusão térmica ao anel antes de dimensionar o mesmo.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o revestimento compreende uma formulação de zinco.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que dimensionar o anel inclui: (a) engatar, de modo rosqueado, o eixo rosqueado à parede rosqueada interna da porca e à parede rosqueada interna do anel para distorcer o anel para a configuração genericamente circular; e (b) desengatar o eixo rosqueado a partir da parede rosqueada interna da porca e da parede rosqueada interna do anel; e (c) determinar se o anel retornou substancialmente para seu formato genericamente elíptico após desengatar o eixo rosqueado a partir da parede rosqueada interna da porca e da parede rosqueada interna do anel.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que dimensionar o anel inclui, ainda, medir um comprimento e uma largura do anel antes de (a), e sendo que (c) inclui medir o comprimento e a largura do anel após desengatar o eixo rosqueado a partir da parede rosqueada interna da porca e da parede rosqueada interna do anel e determinar se o comprimento e a largura do anel antes de (a) é substancialmente igual ao comprimento e à largura do anel após desengatar o eixo rosqueado a partir da parede rosqueada interna da porca e da parede rosqueada interna do anel.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a porca inclui uma parede não-rosqueada interna em alinhamento genericamente axial com a parede rosqueada interna da porca, e sendo que o furo compreende um furo rosqueado definido pela parede rosqueada interna da porca e um furo não-rosqueado definido pela parede não-rosqueada interna da porca, e durante (a) o anel é recebido pelo furo não-rosqueado e a parede não-rosqueada interna e o anel são engatados.