BR102016024661B1

BR102016024661B1 - Porca de vedação

Info

Publication number: BR102016024661B1
Application number: BR102016024661-0A
Authority: BR
Inventors: Julien Goyer; Antoine Villet; Nicolas Naretto
Original assignee: Lisi Aerospace
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2021-12-21
Also published as: EP3159556A1; TR201817857T4; US10190619B2; FR3042832B1; JP6846158B2; ES2700108T3; BR102016024661A2; CA2945762A1; US20170114823A1; MA41366A; RU2016141487A; CN107061467A; CN107061467B; CA2945762C; FR3042832A1; RU2706452C2; RU2016141487A3; MA41366B1; JP2017083013A; EP3159556B1

Abstract

porca de vedação a invenção refere-se a uma porca de vedação compreendendo uma porca e um anel de vedação deformável, em que a porca compreende um corpo anelar, uma base compreendendo um contrafuro, e um furo feito na base, o furo compreende uma parede anelar posterior tendo um comprimento estendendo entre um primeiro raio interior e um segundo raio interior, o anel de vedação compreende um corpo anelar e uma face de extremidade adequada para descansar contra a parede posterior, e a face de extremidade tem um comprimento estendendo entre um raio interior e um raio exterior. a razão entre o comprimento da parede posterior do furo e o comprimento da face de extremidade do anel é entre 20 e 45%. a invenção pode ser usada em montagens de estruturas de avião.

Description

[001] A presente invenção refere-se a porcas de vedação em geral, e em particular às porcas compreendendo um anel de vedação.

[002] Porcas de vedação são utilizadas na indústria aeronáutica para montar elementos estruturais através dos quais um parafuso ou componente equivalente é inserido possuindo uma rosca exterior, uma vez que referidos elementos exigem uma montagem que é impermeável a fluidos e vapores.

[003] Quando elementos estruturais que são submetidos principalmente a tensões de cisalhamento, estresses de tração ou uma combinação dos dois precisam ser montados, parafusos são usados que têm uma porção de haste cônica ou cilindrica lisa tendo um comprimento que permite referida porção passar completamente através de um intervalo de espessuras dos elementos a serem montados. O comprimento da haste permite que a montagem de espessuras que variam entre uma espessura mínima ("aperto mínimo") e uma espessura máxima ("aperto máximo"), a diferença sendo geralmente de 1,6 mm (1/16 polegadas no sistema imperial). O intervalo de espessuras é chamado "grip capacity" em Inglês.

[004] A porção cilíndrica ou cônica da haste do parafuso usado, portanto, projeta pelo comprimento do referido intervalo quando o parafuso passa através de elementos que possuem a espessura mínima que o parafuso pode montar. Pelo contrário, a porção cilíndrica ou cônica não projeta quando o parafuso passa através de elementos tendo a espessura máxima que o parafuso pode montar.

[005] Além disso, parafusos de cisalhamento compreendem, geralmente, uma haste tendo um diâmetro exterior maior do que o diâmetro exterior máximo da rosca.

[006] Para montar os elementos estruturais, é, por conseguinte, necessário utilizar, em conjunto com um parafuso de cisalhamento ou parafuso de tensão, uma porca 10 mostrada na Figura 1, compreendendo um espaço 12 feito na superfície de suporte 14 destinada a entrar em contato com uma superfície S de um dos elementos a ser apertado. Este espaço, feito entre a superfície de suporte 14 e a primeira rosca da porca, é convencionalmente chamado um contrafuro e pode ter várias formas e dimensões. No exemplo dado acima, o contrafuro pode receber até 1,6 mm da haste do parafuso que pode projetar a partir da estrutura tendo uma espessura mínima.

[007] Em certos casos, estas porcas devem ser também porcas de vedação. Tal porca é mostrada na Figura 2. Um anel de vedação deformável 16, geralmente feito de Teflon®, é posicionado em um furo 18 feito no contrafuro 12. 0 anel 16 tem um diâmetro interior maior do que o diâmetro da rosca interior e o diâmetro da haste lisa a fim de não interferir com o parafuso. O anel é montado por meio de interferência no furo 18 a fim de assegurar que o anel seja mantido na porca durante o transporte.

[008] 0 anel de vedação tem uma forma cônica que geralmente projeta a partir da superfície de suporte da porca. Assim, quando a porca é pressionada de encontro a um elemento estrutural, o anel de vedação é tanto comprimido axialmente e radialmente deformado em direção ao interior do contrafuro e contra a haste e / ou as roscas do parafuso, formando assim uma junta vedada.

[009] O requerente notou que em certas configurações de montagem compreendendo um parafuso 20 e uma porca de vedação 10 mostrada na Figura 3, o anel 16 não deforma inteiramente dentro do contrafuro 12, mas, em parte, deforma 22 para o espaço entre a superfície de suporte 14 da porca e a superfície S do elemento a ser apertado. Isto pode ocorrer quando o parafuso é instalado em uma estrutura tendo uma espessura mínima e todo o comprimento de haste que projeta a partir da estrutura é localizado no contrafuro.

[010] Essa deformação deve ser completamente evitada uma vez que compromete seriamente a resistência mecânica da montagem de parafuso / porca. Na verdade, a presença de um material lubrificante entre a superfície de suporte da porca e a superfície do elemento a ser apertado afeta o coeficiente de atrito entre estas superficies. Quando o coeficiente de atrito é reduzido, a tensão no parafuso aumenta além do limite aceitável para o parafuso, o que pode fazer o parafuso quebrar.

[011] A presente invenção refere-se a uma porca de vedação que evita que o anel de vedação se deforme para dentro do espaço entre a porca e a estrutura, independentemente da configuração de montagem, sem reduzir a resistência, capacidade ou integridade estrutural da montagem ou dos componentes da montagem.

[012] Mais especificamente, a porca de vedação compreende uma porca e um anel de vedação deformável, a porca compreende um corpo anelar que estende em uma direção de um eixo de revolução, uma base compreendendo um contrafuro, e um furo feito na base, e o furo compreende uma parede posterior anelar tendo um comprimento estendendo entre um primeiro raio interior e um segundo raio. O anel de vedação compreende um corpo anelar e uma face de extremidade apropriada para descansar contra a parede posterior, e a face de extremidade tem um comprimento estendendo entre um raio interior e um raio exterior. A porca de vedação é tal que a razão de comprimento da parede posterior do furo e o comprimento da face de extremidade do anel é entre 20 e 45%.

[013] Uma tal configuração permite o anel de vedação ser sempre orientado em direção ao interior do contrafuro, independentemente da configuração da montagem, sem deformar além do contrafuro ou para fora do furo.

[014] Além disso, a porca de acordo com a invenção pode compreender uma ou mais das características seguintes: - a porca de vedação compreende um chanfro entre a parede posterior do furo e uma parede do contrafuro da porca; - o chanfro forma um ângulo de entre 45 ° e 60 ° com o eixo de revolução; - a parede posterior e a face de extremidade têm formas complementares; - a parede posterior e a face de extremidade cada compreende uma porção posicionada substancialmente perpendicular ao eixo de revolução; - uma parede do furo compreende uma ranhura estendendo radialmente; - dentro da base, e uma parede exterior do anel compreende uma protrusão tendo uma forma complementar à forma da ranhura; - o anel tem um raio exterior maior do que um raio interior do furo; - a razão entre o raio exterior do anel e o raio interior do furo é entre 1,010 e 1,016; - o volume do anel em comparação com o volume disponível da porca é entre 70 e 85%, referido volume disponível sendo o menor volume oco no interior da porca entre uma superfície de suporte e uma primeira rosca da porca, em uma extremidade da rosca interior localizada ao lado da base, uma vez que um parafuso foi posicionado na porca e quando o parafuso ocupa um volume máximo.

[015] A invenção será melhor compreendida após a leitura da descrição que segue, em combinação com os desenhos que ilustram exemplos de modalidades da invenção. - A Figura 1 (já descrita) é uma seção transversal de uma porca da técnica anterior tendo um contrafuro; - A Figura 2 (já descrita) é uma seção transversal de uma porca de vedação da técnica anterior; - A Figura 3 (já descrita) é uma seção transversal parcial de uma montagem compreendendo um parafuso e uma porca de vedação da técnica anterior; - A Figura 4 é uma vista lateral de uma porca de vedação de acordo com uma modalidade da invenção; - A Figura 5 é uma vista de seção transversal explodida da porca de vedação da Figura 4; - A Figura 6 é uma seção transversal de uma porca de vedação de acordo com uma segunda modalidade; - A Figura 7 é uma seção transversal parcial de uma montagem compreendendo um parafuso e uma porca de vedação de acordo com uma modalidade da invenção; - A Figura 8 é uma seção transversal de uma porca de vedação de acordo com uma terceira modalidade.

[016] Uma porca de vedação 100, mostrada nas Figuras 4 e 5, compreende uma porca 101 e um anel de vedação 130. A porca 101 estende na direção de um eixo de revolução A da referida porca e compreende um aperto de chave 102 e uma base 104. O aperto de chave 102 é um hexágono aqui. A base, com um diâmetro exterior mais largo do que a maior dimensão do hexágono tem uma superfície superior 106, na forma de um cone truncado, compreendendo seis faces, rebaixado em relação a esta superfície na forma de um cone truncado, como as faces descritas no pedido de patente FR 2937386 do requerente. Cada face rebaixada é alinhada com uma superfície plana do aperto de chave hexagonal.

[017] Mais especificamente, a Figura 5 mostra que a base 104 compreende uma superfície de suporte 108 oposta à superfície tendo a forma de um cone truncado, e um contrafuro 110 tendo uma parede cilíndrica 112 e uma parede de extremidade 114 conectando a parede cilíndrica 112 e a primeira rosca da rosca interior 116. Neste exemplo, a parede de extremidade 114 é uma superfície na forma de um cone truncado.

[018] A rosca 116 estende na superfície interior da porca, entre a extremidade da parede de extremidade 114 e a extremidade superior 118 da porca, oposta à superfície de suporte 108.

[019] A base 104 compreende também um furo cilíndrico 120 feito no contrafuro 110, abrindo para a superfície de suporte 108 e tendo um primeiro raio interior RI maior do que o raio do contrafuro 110. O furo 120 compreende uma parede cilíndrica 122 e uma parede posterior plana 124. Neste exemplo, a parede posterior é substancialmente perpendicular ao eixo A por substancialmente, queremos dizer que o ângulo pode variar em alguns graus.

[020] Um chanfro 126 conecta a parede posterior 124 do furo 120 para a parede cilíndrica 112 do contrafuro 110.

[021] A parede posterior 124 é uma superfície anelar que estende Al entre o primeiro raio interior Rl da parede cilíndrica 122 e um segundo raio interior rl definido pela distância entre o eixo A e a distância em que o chanfro 126 intersecta a parede de extremidade 124.

[022] A superfície anelar Al tem o valor: Al = (Rl2 - rl2) .n

[023] Em duas dimensões, a parede posterior 124 tem um comprimento LI definido pela diferença entre raios (Rl-rl).

[024] 0 furo 120 destina-se a receber um anel de vedação 130. Um chanfro 128 é feito em torno do contorno aberto do furo a fim de guiar a inserção do anel para dentro do furo.

[025] 0 anel 130 é um anel anelar tendo o eixo de revolução A e compreendendo uma face de extremidade superior 132 destinada a assentar contra a parede posterior 124 do furo 120. De preferência, a face de extremidade superior compreende pelo menos uma superfície tendo uma forma complementar a forma da parede posterior 124 da porca. No exemplo ilustrado na Figura 3, a superfície de extremidade superior 132 é totalmente plana e substancialmente perpendicular ao eixo A.

[026] 0 anel de vedação 130 tem um furo 134, cujo diâmetro, igual a duas vezes o raio interior r2 indicado na Figura 3, é maior do que o diâmetro da haste do parafuso a fim de não interferir com as roscas e a haste do parafuso em que a porca vai ser parafusada. 0 anel pode entrar em contato com a haste do parafuso se um parafuso tendo um diâmetro maior, chamado parafuso de tamanho grande, é usado durante uma operação de manutenção em vez de um parafuso tendo um diâmetro nominal, mas a função do anel é não bloquear o parafuso e/ou limitar a capacidade de aprisionamento da porca.

[027] A face de extremidade inferior 136 do anel de vedação, oposta à face de extremidade superior 132, tem a forma de um cone truncado, e a parede do furo 134 é mais longa na direção axial A do que a parede exterior 138 destinada a entrar em contato com a parede cilindrica 122 do furo.

[028] 0 raio exterior R2 do anel 130 é maior do que o primeiro raio interior RI do furo, e, assim, o anel precisa ser inserido para dentro do furo pela força. A interferência criada permite que o anel seja mantido no furo, em particular durante transporte do anel, seu armazenamento e instalação da porca. De preferência, a razão de interferência entre o raio exterior R2 do anel e o raio RI do furo é entre 1,010 e 1,016. Quanto maior for o diâmetro nominal - o diâmetro medido na raiz das roscas - da porca, menor é a razão de interferência.

[029] A superfície de suporte 132 do anel é também uma superfície anelar A2 estendendo entre o raio exterior R2 e o raio interior r2 e tendo o valor: A2 = (R22 - r22) . n

[030] Em duas dimensões, a superfície de suporte 132 do anel tem um comprimento L2 definido pela diferença entre os raios (R2-r2).

[031] A fim de evitar qualquer deformação indesejada do anel, a razão entre os comprimentos de suporte LI e L2 precisa ser maior do que ou igual a 20% e inferior ou igual a 45%, ou seja: 20% ≤Ll / L2 ≤ 45%

[032] Esta razão define a razão de comprimento de contato entre a face de extremidade superior 132 do anel 130 e a parede posterior 124 da porca 101 em um plano substancialmente perpendicular ao eixo A.

[033] Se a razão de comprimento de contato entre o anel e a porca é inferior a 20%, existe um risco que durante instalação, o anel pode deformar para dentro do contrafuro 110 e para dentro das roscas da rosca interior 116: a deformação do anel durante inserção na porca não é controlada. Se material a partir do anel está nas roscas, o coeficiente de atrito entre as roscas do parafuso e as roscas da porca vai ser reduzido, e a tensão no parafuso pode subir muito acima do limite aceitável, o que poderia fazer o parafuso quebrar.

[034] Se a razão de comprimento de contato entre o anel e a porca é maior do que 45%, existe um risco que o anel 130 possa deformar para o espaço entre a superfície de suporte 108 da porca e a superfície da estrutura quando a porca 130 é instalada em um parafuso. 0 risco é também de provocar tensão descontrolada no parafuso devido à redução do coeficiente de atrito entre as superficies de contato.

[035] A Tabela 1 abaixo fornece exemplos, por diâmetro, da razão entre os comprimentos de suporte Ll e L2 para um intervalo de porcas com vários diâmetros testados pelo requerente: Tabela 1

[036] Como descrito anteriormente, um chanfro 126 conecta a parede posterior 124 do furo 120 para a parede cilíndrica 112 do contrafuro 110. Aqui, o chanfro 126 permite o material ser orientado para o contrafuro 110. Aumenta o espaço disponível no contrafuro sem retirar muito material da base, a fim de garantir a integridade da base quando a base é submetida à compressão.

[037] O chanfro 126 pode ter vários ângulos a, medidos em relação ao eixo de revolução A, dependendo do diâmetro nominal da porca. A Tabela 2 indica o ângulo preferido do chanfro 126 para cada diâmetro de porca.Tabela 2

[038] Em certas configurações, o contrafuro 110 pode ser totalmente em forma de cone: como mostrado na Figura 6, a parede de extremidade 114 do contrafuro e o chanfro 126 são combinados em uma única parede tendo um único ângulo. No exemplo da Figura 6, o ângulo α com respeito ao eixo de revolução A é 60 °.

[039] O requerente realizou várias montagens de teste e simulou, utilizando elementos finitos em duas dimensões, estas mesmas montagens, cada compreendendo um parafuso tendo o diâmetro de haste admissível máximo, uma estrutura tendo uma espessura mínima, uma porca tendo o volume admissível mínimo do contrafuro, e um anel, todas as dimensões dos quais são na tolerância máxima.

[040] Na primeira montagem da técnica anterior, mostrada na Figura 3, a porca é uma porca da técnica anterior, com uma razão de comprimento de contato entre 78 e 96%. Em uma segunda montagem, mostrada na Figura 7, a porca compreende uma razão de comprimento de contato entre 20 e 45%. Os parafusos 20 são idênticos nas duas montagens tendo as mesmas espessuras estruturais.

[041] Como indicado anteriormente, na montagem da Figura 3, o material do anel 16 não deforma inteiramente dentro do contrafuro 12, mas, em parte, deforma 22 para o espaço entre a superfície de suporte 14 da porca e a superfície S do elemento a ser apertado.

[042] Na montagem da Figura 7 compreendendo a porca da Figura 5, nenhum material do anel deformou para dentro do espaço entre a porca e a estrutura, e não existe espaço entre a parede do contrafuro e a haste do parafuso. A impermeabilidade é, portanto, melhor, e o risco de exceder o UTS (Esforço de Tração Extremo) do parafuso é eliminado.

[043] De um modo preferido, um volume do anel 130 formado pelo volume do material do anel 130, quando comparado com o volume disponível da porca 101, é em um intervalo entre 70 e 85%. 0 volume disponível em questão aqui é o menor volume oco no interior da porca 101 entre a superfície de suporte 108 e a primeira rosca da rosca interior 116 uma vez que o parafuso foi posicionado na porca, quando o parafuso ocupa um volume máximo. Por convenção, o volume máximo do parafuso no espaço disponível é calculado como a altura do contrafuro 110 entre a superfície de suporte 108 e a primeira rosca da rosca interior 116 na extremidade próxima para referidocontrafuro, multiplicado por uma área de superfície de uma seção transversal da haste lisa do parafuso perpendicular ao eixo de revolução A. Abaixo de 70%, o volume do anel é muito pequeno em relação ao volume do contrafuro, e a porca já não pode ser impermeável. Acima de 85%, há um risco que o anel possa deformar-se para fora do contrafuro em direção às roscas ou sob a base e comprometer a integridade da porca durante instalação.

[044] A porca é preferencialmente feita de uma liga de titânio, e o anel é, por exemplo, feita de PTFE (também vendida sob o nome comercial de Teflon™ pela empresa Du Pont de Nemours), de modo a manter a porca leve. É claro, a porca e o anel podem ser feitos a partir de um outro material se o peso não é um critério importante.

[045] 0 aperto de chave compreende, de uma maneira conhecida, um meio de bloqueio, tal como uma deformação eliptica ou uma deformação de três pontos da rosca interior, feita em uma superfície exterior da porca perto da extremidade superior 118. Se a porca é feita a partir de uma liga de titânio, o bloqueio irá de preferência ser realizado de acordo com o método descrito na patente FR2947597 a partir do requerente.

[046] A invenção não se limita ao único exemplo descrito acima. Assim, a porca pode compreender uma base com a forma de um cone truncado, sem uma cavidade em relação à superfície superior na forma de um cone truncado.

[047] A parede do furo 120 pode ser cônica, com um ângulo β entre 2 ° e 5 ° entre a parede 122 e o eixo A da porca 101 e a abertura a partir da superfície de suporte 108 na direção da parede posterior 124, a fim de melhorar a retenção do anel 130 no furo, em particular em baixa temperatura (Figura 8). O anel 130 em si tem o mesmo ângulo β entre 2 0 e 5 ° entre a parede exterior 138 e o eixo A. Além de um ângulo de 5 °, o anel deixa de poder ser inserido no furo cônico 120. Abaixo de 2 °, a diferença de ângulo não é suficiente para melhorar a retenção do anel em relação a uma parede cilíndrica. A razão de interferência entre um raio exterior R2 do anel e um raio Rl do furo, referidos raios sendo posicionados na mesma distância axial a partir da parede posterior 124 e a superfície de extremidade superior 132, respectivamente, também é entre 1,010 e 1,016.

[048] Uma superfície que não o chanfro 126 pode ser utilizada a fim de conectar a parede de extremidade 124 do furo e a parede cilíndrica 112 do contrafuro, por exemplo, uma superfície arredondada ou multiarredondada.

[049] Do mesmo modo, a parede posterior do contrafuro pode ser cônica ou pode compreender, a partir da parede cilíndrica do furo, uma porção cônica e então uma porção perpendicular ao eixo de revolução A. Nestes casos, a face de extremidade do anel que é em contato com a posterior, respectivamente, será cônica ou compreenderá uma porção cônica complementar à porção de parede posterior e uma porção perpendicular ao eixo de revolução. As medições dos comprimentos LI e L2 podem ser efetuadas na direção angular ou projetadas em uma direção substancialmente perpendicular ao eixo de revolução. Uma vez que as duas superfícies têm o mesmo ângulo em relação ao eixo de revolução, a razão entre os dois comprimentos projetados será igual à razão dos comprimentos medidos na direção angular.

[050] Em uma outra variante, o furo pode incluir uma ranhura estendendo radialmente no interior da parede 122 do furo - se a parede é cilíndrica ou cônica - e tendo um raio maior do que o raio RI do furo. 0 anel pode compreender uma protrusão estendendo radialmente para o exterior da parede 138 e tendo uma forma e dimensões complementares com a forma e dimensões da ranhura, isto é, que permitem referida protrusão ser inserida na referida ranhura. O conjunto de ranhura / protrusão permite a retenção do anel na porca ser melhorada. Neste caso, as dimensões adicionais das ranhuras e protrusões não são levadas em conta para as medições dos comprimentos LI e L2. As ranhuras e protrusões podem ser circulares ou estender apenas parcialmente em torno do furo e o anel.

Claims

1. Porca de vedação (100) compreendendo uma porca (101) e um anel de vedação deformável (130), em que a porca compreende um corpo anelar estendendo em uma direção de um eixo de rotação (A), uma base (104) compreendendo um contrafuro (110), e um segundo contrafuro (120) feito na referida base, o segundo contrafuro (120) compreende uma parede posterior anelar (124) tendo um comprimento estendendo entre um primeiro raio interior (R1) e um segundo raio interior (r1), o anel de vedação (130) compreende um corpo anelar e uma face de extremidade superior (132) adequada para assentar contra a parede posterior (124) do segundo contrafuro, e referida face de extremidade superior tem um comprimento estendendo entre um raio interior (r2) e um raio exterior (R2), caracterizada pelo fato de que a razão entre o comprimento (L1) da parede posterior (124) do segundo contrafuro e o comprimento (L2) da face de extremidade superior (132) do anel é entre 20% e 45%.

2. Porca de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a porca (100) compreende um chanfro (126) entre a parede posterior (124) do segundo contrafuro e uma parede do contrafuro (110) da referida porca.

3. Porca de vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o chanfro (126) faz um ângulo (α) entre 45° e 60° com respeito ao eixo de revolução (A).

4. Porca de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a parede posterior (124) do segundo contrafuro e a face de extremidade superior (132) do anel têm formas complementares.

5. Porca de vedação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a parede posterior (124) e a face de extremidade superior (132) compreendem cada uma porção posicionada perpendicular ao eixo de rotação (A).

6. Porca de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o anel (130) tem um raio exterior (R2) maior do que um primeiro raio interior (R1) do furo.

7. Porca de vedação, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que uma razão entre o raio exterior (R2) do anel e o primeiro raio interior (R1) do segundo contrafuro é entre 1,010 e 1,016.

8. Porca de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que uma parede (122) do segundo contrafuro (120) compreende uma ranhura estendendo radialmente no interior da base (104), e uma parede exterior (138) do anel (130) compreende uma protrusão tendo uma forma complementar à forma da referida ranhura.

9. Porca de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que um volume do anel (130) é entre 70% e 85% de um volume disponível da porca (101), referido volume disponível sendo o menor volume oco no interior da porca entre uma superfície de suporte (108) e uma primeira rosca da referida porca, em uma extremidade de uma rosca interior (116) localizada próxima da base (104), uma vez que um parafuso foi posicionado na porca e quando o parafuso ocupa um volume máximo.