BR112021014828A2 - Prendedor cônico aperfeiçoado - Google Patents

Abstract

prendedor cônico aperfeiçoado. porca resistente a vibração sendo provida para fixação de uma superfície de trabalho em um perno rosqueado, o perno se estendendo através de um orifício definido através da superfície de trabalho. a porca inclui uma coroa anular para admissão do perno. a coroa anular inclui uma porção cilíndrica e uma porção de extremidade de terminal cônico para serem admitidas no orifício. a porção de extremidade de terminal cônico se estende a partir da porção cilíndrica. a porção de extremidade de terminal cônico apresenta uma superfície externa que se estreita diametralmente a partir da porção cilíndrica. a porca inclui um cabeçote se estendendo a partir da porção cilíndrica da coroa anular oposta à porção de extremidade de terminal cônico, o cabeçote apresenta superfícies de engate externas para o engate de uma ferramenta voltada para a rotação da porca, e o cabeçote apresenta um interior rosqueado para engate das roscas do perno.

Description

"PRENDEDOR CÔNICO APERFEIÇOADO" Referência Correlata ao Pedido Relacionado

[001] Este pedido reivindica o benefício quanto a prioridade advinda do pedido de patente provisório Norte-Americano n° 62/798 435, intitulado “FASTENER

AND FASTENER ASSEMBLY HAVING IMPROVED VIBRATIONAL AND TIGHTENING CHARACTERISTICS,” depositado em 29 de Janeiro de 2019, sendo incorporado como uma referência integral. Campo Técnico

[002] Este relatório descritivo está relacionado a um prendedor e a um conjunto de prendedor, e mais particularmente, voltado a um prendedor e a um conjunto de prendedor apresentando características de apertamento e vibratórias aperfeiçoadas. Fundamentos

[003]Os prendedores e os diversos conjuntos de prendedor são utilizados para prenderem um ou mais artigos entre si em uma variedade de ajustes incluindo o comercial, o residencial, o industrial, e elementos do gênero. Esses prendedores podem apresentar, por exemplo, uma porca e conjunto de parafusos, aonde uma porção rosqueada do parafuso é admitida no interior de uma porção cooperativamente rosqueada da porca. A porca e os conjuntos de parafusos são os preferidos devido a seus usos aceitos quanto a uniformidade, a fabricação de baixo custo, e o desempenho aceitável em uma variedade de situações.

[004] As porcas e parafusos convencionais são susceptíveis de afrouxamento diante das cargas vibratórias e outras cargas. Muitas maneiras tem sido introduzidas de modo a se combater as forças vibratórias e outras forças. Por exemplo, alguns usuários podem proporcionar múltiplas porcas que são apertadas entre si de modo a aumentar-se as forças de fricção totais entre as porcas e o parafuso. Outras maneiras incluem o uso de uma arruela de fendedura apresentando uma porção mais elevada em relação a outra, ou seja, uma arruela de mola atuando de modo a proporcionar um enviesamento por mola para absorver as forças vibratórias atuando na porca.

[005] Ainda podem ser providas outras maneiras para aumentar-se a capacidade efetiva dos prendedores tradicionais, tais como, porcas e parafusos. Por exemplo, os prendedores apresentando conjuntos de múltiplas partes tem sido empregados. Entretanto, esses conjuntos de prendedores tem aumentado o custo e podem nem sempre apresentarem a capacidade de eficiência desejada.

[006] Portanto, existe uma necessidade por uma solução endereçando essas desvantagens. Sumário

[007] Este Sumário é provido para introduzir uma seleção de conceitos em um formato simplificado que serão descritos mais adiante na seção Descrição Detalhada das Modalidades Ilustrativas. Este Sumário não visa a identificação dos aspectos chaves ou essenciais da matéria em questão reivindicada, nem se destina a ser utilizado para restringir o âmbito da matéria em questão reivindicada.

[008] Em pelo menos uma modalidade, tem-se a provisão de uma porca resistente a vibração para a fixação de uma superfície de trabalho em um perno rosqueado, o perno se estendendo através de um orifício definido através da superfície de trabalho. A porca inclui uma coroa anular para admissão do perno. A coroa anular inclui uma porção cilíndrica e uma porção de extremidade de terminal cônico para serem admitidas no orifício. A porção de extremidade de terminal cônico se estende a partir da porção cilíndrica. A porção de extremidade de terminal cônico apresenta uma superfície externa que se estreita diametralmente a partir da porção cilíndrica. A porca inclui um cabeçote se estendendo a partir da porção cilíndrica da coroa anular oposta à porção de extremidade de terminal cônico, o cabeçote apresenta superfícies de engate externas para engate de uma ferramenta para rotação da porca, o cabeçote apresenta um interior rosqueado para engate das roscas do perno.

[009] A coroa anular pode apresentar uma parede interna aplainada.

[010] A parede interna pode se estender ao interior e através da porção cilíndrica e da porção de extremidade de terminal cônico.

[011] A parede interna pode estar livre de roscas.

[012] A porca resistente a vibração pode apresentar um furo montado se estendendo através da mesma incluindo a parede interna da coroa anular e o interior rosqueado do cabeçote, o furo montado apresentando um primeiro diâmetro de abertura interna definido pela parede interna cilíndrica aplainada ao longo da coroa anular, e um segundo diâmetro de abertura interna ao longo do interior rosqueado do cabeçote, e sendo que o primeiro diâmetro de abertura interna é maior do que o segundo diâmetro de abertura interna.

[013] A parede interna da coroa anular pode apresentar um diâmetro que permite arbitrariamente a inserção do perno e a rotação da porca conforme o interior rosqueado do cabeçote engate as roscas.

[014] A porção de extremidade de terminal cônico da coroa anular pode apresentar uma superfície externa essencialmente frustocônica.

[015] A superfície externa da porção de extremidade de terminal cônico da coroa anular pode apresentar um ângulo de tarraxa uniforme.

[016] O apertamento da porca por rotação em torno do perno pode pressionar a porção de extremidade do terminal cônico no interior do orifício.

[017] O orifício pode apresentar uma porção interna cônica, e o apertamento da porca por rotação em torno do perno pode forçar de forma crescente o engate da porção de extremidade de terminal cônico com a porção interna cônica do orifício.

[018] O cabeçote pode apresentar um ressalto dianteiro em declividade se estendendo radialmente para fora em relação a porção cilíndrica da coroa anular.

[019] A superfície de trabalho pode ser um flange de eixo mecânico instalado em um cubo de um conjunto de cubo da roda.

[020] Em pelo menos uma modalidade, um conjunto de cubo da roda inclui: um cubo central; um flange instalado no cubo; o flange apresentando múltiplos orifícios; múltiplos pernos, cada um dos quais fixado e se estendendo a partir do cubo; cada cubo apresentando uma porção estendendo-se para fora com roscas externas; um flange para montagem no cubo central; o flange apresentando múltiplos orifícios, cada um dos quais para a passagem através do mesmo da porção se estendendo para fora de um respectivo perno; e múltiplas porcas resistentes a vibração para prender cooperativamente o flange no cubo com cada uma das quais engatando um respectivo perno dos múltiplos pernos passados através de um respectivo orifício do flange. Cada uma das múltiplas porcas resistentes a vibração inclui: uma coroa anular para admissão do respectivo perno; a coroa anular incluindo uma porção cilíndrica e uma porção de extremidade de terminal cônico para serem admitidas no respectivo orifício do flange, a porção de extremidade de terminal cônico se estendendo a partir da porção cilíndrica, sendo que a porção de extremidade de terminal cônico apresenta uma superfície externa se estreitando diametralmente a partir da porção cilíndrica; e um cabeçote se estendendo a partir da porção cilíndrica da coroa anular oposta à porção de extremidade de terminal cônico, o cabeçote apresentando superfícies de engate externas para engate de uma ferramenta para a rotação da porca, o cabeçote apresentando um interior rosqueado para engate das roscas externas do respectivo perno. Breve Descrição dos Desenhos

[021] O sumário anterior, bem como a descrição detalhada a seguir das modalidades preferidas, é melhor entendido quando lido em conjunto com os desenhos apensos. Para as finalidades ilustrativas, tem-se a apresentação nos desenhos de exemplos de modalidades; entretanto, a invenção presentemente descrita não fica restrita aos métodos e instrumentalidades específicos descritos.

Nos desenhos tem-se que: a Fig. 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma porca cônica aperfeiçoada, de acordo, pelo menos, com uma modalidade apresentando um cabeçote e uma coroa anular; a Fig. 2 ilustra uma vista longitudinal da extremidade de coroa anular da porca cônica da Fig. 1; a Fig. 3A ilustra uma vista da seção transversal da porca cônica tomada ao longo da linha 3A-3A na Fig. 2; a Fig. 3B ilustra uma vista da seção transversal de uma porção ampliada da Fig. 3A para ilustração de uma porção rosqueada da porca; a Fig. 4 ilustra uma vista em perspectiva de um conjunto de cubo da roda apresentando múltiplas porcas cônicas, de acordo com a modalidade da Fig. 1; a Fig. 5 ilustra uma vista longitudinal do conjunto de cubo da roda da Fig. 4; a Fig. 6 ilustra uma vista da seção transversal ampliada de uma porção do conjunto de cubo da roda da Fig. 4 tomada ao longo da linha 6-6 na Fig. 5; a Fig. 7 é uma vista em perspectiva de um sistema de prendedor de três peças, distinto da porca cônica da Fig. 1, instalado em um perno sem as outras porções de um conjunto de cubo da roda para finalidades ilustrativas; a Fig. 8 ilustra uma imagem da seção transversal do método FEA de uma disposição de fixação simulada utilizando o sistema de prendedor de três peças da Fig. 7; a Fig. 9 ilustra uma imagem da seção transversal do método FEA de uma disposição de fixação simulada utilizando a porca cônica aperfeiçoada da Fig. 1; a Fig. 10 ilustra os resultados do teste de vibração das respectivas disposições de fixação utilizando a porca cônica aperfeiçoada da Fig. 1, e o sistema de prendedor de três peças da Fig. 7; a Fig. 11 ilustra os resultados do teste do torque e tensão de uma disposição de fixação utilizando um sistema de prendedor de três peças como na Fig. 7; e a Fig. 12 ilustra os resultados do teste do torque e tensão de uma disposição de fixação utilizando uma porca cônica aperfeiçoada como na Fig. 1. Descrição Detalhada

[022] Essas partes descritivas são apresentadas com detalhes suficientes para proporcionar uma compreensão de uma ou mais modalidades particulares quanto a inventividade das temáticas em questão em amplo sentido. Essas partes descritivas apresentam e exemplificam aspectos particulares daquelas modalidades particulares sem a limitação quanto a inventividade das temáticas em questão no que tange explicitamente as modalidades e aspectos descritos. Considerações em vista dessas partes descritivas vem trazer da mesma forma considerações para modalidades e aspectos adicionais e similares sem o desvio do âmbito da inventividade das temáticas em questão. Muito embora as etapas possam ser expressamente descritas ou envolvidas com relação aos aspectos dos processos ou métodos, nenhuma implicação é feita quanto a qualquer ordem ou sequência em particular entre tais etapas envolvidas ou apresentadas, a menos que uma ordem ou sequência sejam explicitamente assim estabelecidas.

[023] Quaisquer dimensões apresentadas ou envolvidas nos desenhos e nessas partes descritivas são providas para finalidades de exemplificação. Portanto, nem todas as modalidades inseridas no âmbito dos desenhos e dessas partes descritivas são concebidas de acordo com tais dimensões de exemplificação. Os desenhos não são produzidos necessariamente dentro de escalas. Portanto, nem todas as modalidades inseridas no âmbito dos desenhos e essas partes descritivas são feitas de acordo com a escala aparente dos desenhos com respeito as dimensões relativas nos desenhos. Entretanto, para cada desenho, pelo menos uma modalidade é formada de acordo com a escala relativa aparente do desenho.

[024] As numerações de referência idênticas utilizadas ao longo dos desenhos detalham elementos similares ou iguais. A menos que descritos ou definidos como alternativas exclusivas, os aspectos ao longo dos desenhos e descrições devem ser interpretados como de caráter acumulativo, de modo que aqueles aspectos expressamente associados com algumas modalidades particulares possam ser combinados com outras modalidades.

[025] A Fig. 1 é uma vista em perspectiva de um prendedor cônico aperfeiçoado, referido genericamente ao longo do texto como a porca 10, de acordo com uma ou mais modalidades presentemente descritas. Em pelo menos um uso de exemplo, a porca serve como um prendedor de peça única para fixar um flange de eixo mecânico em um cubo para a instalação de uma roda em um veículo, tal como um caminhão, conforme representado pelo conjunto de cubo da roda da Fig. 4. A porca cônica 10 se estende, em geral, a partir de uma primeira extremidade 12 longitudinal até a uma segunda extremidade 14 longitudinal da mesma em torno de um eixo geométrico longitudinal 16. A primeira extremidade 12 terminando como um anel circular sem interrupções, podendo ser presentemente assumida como a extremidade dianteira da porca 10, e a segunda extremidade 14 pode ser assumida também como a extremidade traseira da porca.

[026] A primeira extremidade 12 é definida por uma coroa anular 20 apresentando uma porção cilíndrica 22, e uma porção de extremidade de terminal cônico 24 se estendendo a partir da porção cilíndrica. A porção cilíndrica 22 e a porção de extremidade terminal são alinhadas de modo coaxial. A segunda extremidade 14 é definida por um cabeçote 30 aonde a porca pode ser engatada por uma ferramenta e rotacionada em torno do eixo geométrico longitudinal. O cabeçote 30 se estende a partir da porção cilíndrica 22 da coroa anular oposta à porção de extremidade de terminal 24.

[027] O comprimento total da porca 10 é referido na Fig. 3A como L1, e o comprimento da coroa anular 20 é referido como L2. A superfície externa da porção de extremidade de terminal cônico 24 se estreita diametralmente a partir do diâmetro externo da porção cilíndrica 22, referido na Fig. 3A como OD1, até a um diâmetro externo de extremidade de terminal dianteiro, referido na Fig. 3A como OD2, diante da extremidade dianteira 12 da porca 10. O ângulo de tarraxa da superfície externa da porção de extremidade 24 em relação ao eixo geométrico longitudinal é referido na Fig. 3A como A1.

[028] As bordas dianteiras e traseiras da porca 10 e suas porções constituintes, tanto externas quanto internas, são chanfradas, por exemplo, para facilitar a entrada de um perno rosqueado no orifício 18 na extremidade dianteira 12 (chanfradura interna) e a entrada da extremidade dianteira 12 (chanfradura externa) em um orifício rebaixado em uma superfície de trabalho

[029] Na modalidade ilustrada, a superfície externa da porção de extremidade 24 é essencialmente frustocônica a partir da sua extremidade dianteira 12 até a extremidade frontal dianteira da porção cilíndrica 22, e apresentando, portanto, um ângulo de tarraxa uniforme A1 ao longo de toda a sua superfície externa, com exceção da chanfradura externa na extremidade dianteira 12. Em particular, a extremidade dianteira 12 e a porção de extremidade 24 não apresentam um flange externo ou lábio se estendendo radialmente para fora.

[030] Um furo montado 18, de onde a coroa anular 20 e o cabeçote 30 proporcionam com seções de furos alinhados em sentido coaxial, é definido através da porca 10 em torno do eixo geométrico longitudinal 16. Na modalidade ilustrada, a segunda extremidade ou a extremidade traseira 14 da porca 10 é aberta. Nas outras modalidades, a segunda extremidade ou a extremidade traseira é aberta para admissão da haste de um perno ou parafuso rosqueados.

[031] O cabeçote 30 apresenta superfícies de engate externas 36 para o engate de uma ferramenta para a rotação da porca 10. O cabeçote 30 é mostrado como um cabeçote hexagonal (de seis lados) na modalidade ilustrada para o engate das ferramentas já disponíveis. O cabeçote pode ser configurado de outra forma, apresentando mais ou menos do que seis superfícies de engate 36, ilustradas como lados planos (Fig. 2), e pode apresentar outros formatos além daqueles ilustrados nas outras modalidades dentro do âmbito dessas partes descritivas. O cabeçote 30, em geral, é mais largo (em referência a lateral ou as dimensões estendendo-se radialmente perpendiculares ao eixo geométrico 16 longitudinal) do que a coroa anular 20.

[032] O cabeçote 30 apresenta um ressalto dianteiro 34 em declividade se estendendo lateralmente ou radialmente para fora em relação a porção cilíndrica 22 da coroa anular. O ângulo de declividade do ressalto dianteiro 34 em relação a um plano perpendicular com o eixo geométrico longitudinal é referido na Fig. 3A como A2. A largura do cabeçote 30 a partir de uma lateral plana 36 até a lateral plana 36 oposta é referida na Fig. 2 como W1. A largura do cabeçote 30 a partir do canto até o canto oposto é referida na Fig. 2 como W2. Comparando-se tanto W1 quanto W2 com o diâmetro externo (OD1) da porção cilíndrica 22 da coroa anular 20, nenhuma porção da coroa anular 20 se estende radialmente mais para fora do que qualquer porção do cabeçote 30.

[033] O cabeçote 30 é fixado na porção cilíndrica 22 da coroa anular 20 afastada ou oposta à porção de extremidade de terminal cônico 24. A porca cônica 10 pode ser formada de uma construção unitária em peça única, conforme ilustrado, formada de material durável contínuo, tal como, de acordo com pelo menos um exemplo irrestrito, aço laminado a frio, e pode apresentar um óxido preto ou outro acabamento.

[034] Na modalidade ilustrada, a coroa anular 20 apresenta uma parede interna aplainada 26, definindo uma primeira seção ou seção dianteira do furo montado 18, e se estendendo ao interior e através da porção cilíndrica 22 e da porção de extremidade 24. A parede interna 26 na modalidade ilustrada é livre de roscas. O cabeçote 30 apresenta um interior rosqueado 32, definindo uma segunda seção ou seção traseira do furo montado 18. O diâmetro interno da parede interna 26 é referido na Fig. 3A como ID1. Os diâmetros ou dimensões internas do interior rosqueado 32, referenciadas na Fig. 3A, conjuntamente como ID2, podem variar entre as modalidades de acordo com as especificações de rosca em correspondência e engate com as roscas de um perno ou parafuso com os quais a porca 10 deve ser encaixada. Portanto, ID2 na Fig. 3A representa um diâmetro principal (ID2M) e um diâmetro secundário (ID2m), os quais são separadamente referenciados para clareza na visualização ampliada da Fig. 3B, de acordo com a qualquer especificação de rosca selecionada.

[035] A Fig. 3B mostra uma visualização da seção transversal ampliada de uma porção interna 40 da porca 10, conforme delineada na Fig. 3A. O furo montado 1 apresenta um primeiro diâmetro de abertura interna efetivamente maior para ID1 ao longo da coroa anular definido pela parede interna 26 (ambos ao longo da porção cilíndrica 22 e da porção de extremidade 24), do que o seu efetivo segundo diâmetro de abertura interna (ID2m) ao longo do interior rosqueado 32 do cabeçote.

[036] No exemplo irrestrito de uso mostrado na Fig. 4, o conjunto de cubo da roda 100 apresenta um cubo central 102 mediante o qual um flange de eixo geométrico 104 é instalado pelo emprego de múltiplos pernos 106 e porcas cônicas

10. Conforme mostrado, cada perno 106 é fixado e se estende a partir do cubo 102 e através do flange de eixo mecânico 104. A porção se estendendo externamente 112 (Fig. 6) do perno 106 é passada através de um respectivo orifício 114 mediante a montagem do flange 104 junto ao cubo 102. Cada porção de estendendo externamente 112 apresenta roscas externas que se engatam no interior rosqueado 32 do cabeçote 30 da porca 10. Através da vantagem do furo montado 18 apresentar um diâmetro de abertura interna efetivamente maior para ID1 ao longo da coroa anular definido pela parede interna cilíndrica 26 aplainada (ambos ao longo da porção cilíndrica 22 e da porção de extremidade 24), do que o seu efetivo diâmetro de abertura interna (ID2m) ao longo do interior rosqueado 32 do cabeçote, a coroa anular permite arbitrariamente a inserção do perno 106 e a rotação da porca 10 no mesmo conforme o interior rosqueado 32 (Fig. 3B) do cabeçote 30 se engate na porção rosqueada 112 do perno através do apertamento e afrouxamento quando se instalando e desmontando o flange de eixo mecânico 104, na ou fora da porca.

[037] Cada perno 106 se estende a partir do cubo 102 e é admitido por um respectivo orifício 114 definido através da porção radialmente externa 110 do flange de eixo mecânico 104, os orifícios 114 dispostos dentro de um padrão circular radialmente equidistantes do eixo geométrico central rotacional 108 do conjunto de cubo da roda 110. Cada orifício 114 apresenta pelo menos uma porção interna que é cônica, estreitando-se em sentido ao cubo e se alargando em sentido da superfície externa do flange de eixo mecânico 104. Conforme a porca 10 se engate no perno 106 e seja apertada, a coroa anular da porca é pressionada em sentido ao orifício

114. Em particular, conforme a porca 10 seja apertada, a porção de extremidade de terminal cônico 14 força de forma crescente o engate da porção interna cônica do orifício 114, e mediante o apertamento de todas as porcas 30 nos seus respectivos pernos 106, assegura o alinhamento concêntrico do flange de eixo mecânico 104 e do cubo central 102 no conjunto de cubo da roda 100 (Fig. 4). O engate por fricção da porção de extremidade de terminal cônico 24 da porca 10 com a porção interna cônica 114 proporciona uma força resistente contra o afrouxamento quando submetido a forças vibratórias diante de um veículo sendo dirigido em uma rodovia. Portanto, cada porca 10 de forma cooperativa com as outras porcas 10 firmam o flange de eixo mecânico 104 com o cubo central 102 por meio de engate junto a um perno 106 respectivo, particularmente a sua porção rosqueada 112.

[038] A Fig. 4 ilustra expressamente um conjunto de cubo da roda 100 sob forma de um exemplo irrestrito de uso da porca cônica da Fig. 1, sendo intencionada uma representação mais genérica bem como outras disposições de apertamento aonde a coroa anular da porca aperfeiçoada vem a ser admitida pelo menos parcialmente no interior de um orifício estreito ou cônico de uma superfície de trabalho, conforme representado pelo orifício cônico 114 definido na superfície externa do flange de eixo mecânico 114. O apertamento da porca 10 no perno rosqueado 106 pode levar a algum grau de deformação da porção cônica da superfície interna do orifício e da porca, particularmente da porção de extremidade de terminal cônico 24 da coroa anular 20, e particularmente mediante o primeiro uso e engate de cada porca com um respectivo orifício em particular.

[039] Um orifício rebaixado 114 é representado na Fig. 6 pode ser mandrilado, perfurado, adelgaçado, vazado ou usinado pelo fabricante ou dentro das dimensões específicas do produto, ou dentro das dimensões padronizadas da indústria. Dependendo do processo de construção do orifício, a circunferência da entrada do orifício pode apresentar questões quanto a consistência ou aspectos de deformação em torno do mesmo. Em algumas modalidades, a entrada da circunferência do orifício pode proporcionar um elemento de fricção. A coroa anular pode incluir ainda aspectos quanto a fricção em uma lateral voltada para o lado interno ou para fora. Em algumas modalidades, a entrada do orifício pode apresentar um diâmetro vindo a ser maior do que aquele de uma porção mais profunda do orifício, definindo uma porção interna cônica do orifício, conforme representada na Fig. 6.

[040] Pelo menos em alguns usos, a porca cônica 10 aperfeiçoada apresenta vantagens no uso em relação ao uso de uma bucha cônica, as vezes referida como uma cavilha, representada na visualização em perspectiva na Fig. 7. Por exemplo, a porca cônica 10 aperfeiçoada apresenta uma construção unitária em peça única, sendo que o sistema de prendedor 140 apresenta três peças, as quais devem ser abastecidas e manipuladas com cada montagem e desmontagem de uma disposição de fixação com os seus usos.

[041] No uso do sistema de prendedor de três peças 140 ilustrado, por exemplo, um conjunto de cubo da roda ou outra disposição de fixação com um perno se estendendo a partir de um orifício, uma respectiva bucha cônica 142 deve ser admitida para uso em cada orifício da porção externa 110 do flange de eixo mecânico (Fig. 7). O sistema de prendedor de três peças 140 da Fig. 7 mostrado instalado no perno 106, porém sem as outras porções do conjunto de cubo da roda para a ilustração dos seus três componentes, tem uma função similar a referente a porca cônica 10 aperfeiçoada. Em uso, a bucha cônica de fendedura 142 (Figuras. 7-8) é pressionada no interior do orifício do flange de eixo mecânico por um arruela 114 e porca 146 convencional.

[042] Em algumas circunstâncias, após a instalação, o uso e, a exposição aos elementos de condição da rodovia, tais como água salgada e exposições ao ambiente externo em geral, podem levar ao travamento da bucha cônica de fendedura 142 no perno 106, mesmo diante da remoção da porca 146, de modo que a desmontagem do conjunto de cubo da roda fique dificultada Conforme uma porca convencional 146 seja rotacionada em relação ao perno 106, a bucha cônica 142, que carece de roscas internas e é separada da porca pela arruela 144, tende a não girar e portanto, pode permanecer engatada com o perno 105 e a superfície de trabalho, com referência por exemplo ao flange de eixo mecânico 104 (Fig. 7). Portanto, a bucha cônica 142 pode ficar presa entre o perno 106 e um flange do eixo mecânico de excêntrico, no interior do orifício cônico, levando a práticas indesejáveis e ineficazes ao longo do tempo por precariedades na fabricação e de práticas de manutenção. Tipicamente, múltiplas ferramentas são necessárias para a remoção de uma bucha cônica 142 emperrada, e os elementos mecânicos utilizados em última análise podem ser ferramentas de impacto, tais como, um martelo, de modo que é possível um dano, especialmente caso a operação seja efetuada apressadamente.

[043] No uso da porca cônica 10 aperfeiçoada, a coroa anular 20 e a porção de extremidade de terminal cônico 24 da mesma são giradas em relação ao perno 106 e liberadas do mesmo através da rotação do cabeçote 30. permitindo a pronta e conveniente desmontagem do conjunto de cubo da roda 100 em curto tempo com uma simples ferramenta, tal como uma chave de porca.

[044] Além disso, aonde o emprego da bucha venha a ser o de uma bucha cônica de fendedura, apresentando uma fenda 148 que permite a deformação da bucha, a fenda permite a entrada de água salgada ou de outros elementos corrosivos contatando as áreas entre a bucha e o flange de eixo mecânico, e entre a bucha e o perno. Portanto, podendo ocorrer enferrujamento, o que torna desmontagem de uma disposição de fixação complicada e ineficaz.

[045] Simulações através de análise por elemento finito (FEA) indicam a melhor distribuição da carga de força a partir da porca até a peça de trabalho quando uma porca cônica 10 é utilizada em vista de um sistema de prendedor de três peças 140 apresentando uma bucha cônica de fendedura 142, arruela 144 e a porca 146 convencional. As Figuras 8 e 9 proporcionam imagens derivadas do método FEA para comparação com as forças internas em disposições de fixação similares, aonde um sistema de prendedor de três peças 140 (Fig. 8) e uma porca cônica 10 (Fig. 9) são respectivamente utilizados. Através da distribuição de força aperfeiçoada, espera--se que a fadiga e a falha do material sejam reduzidas pelo uso de uma porca cônica ao invés de um sistema de prendedor de três peças.

[046] A força de aperto necessária em uma junta é prescrita em muitas disposições de fixação, e é utilizada como um parâmetro na modelagem ou seleção de um sistema de prendedor adequado. A força de aperto é aplicada ao longo do eixo geométrico longitudinal quando uma porca é girada em um perno rosqueado. Portanto, o torque aplicado para apertar a porca resulta no aumento da força linear ao longo do eixo geométrico longitudinal, expresso como a tensão no perno e a força de aperto mediante uma superfície de trabalho a partir de onde se estende o perno. Nas utilizações em automóveis, um torque requerido ou sugerido pode ser estabelecido para cada junta ou conexão de conjunto em particular, e o referido torque estabelecido é baseado mediante a presunção de que está em uso um tipo particular de sistema de prendedor. Cada tipo de sistema de prendedor apresenta uma respectiva relação particular de torque e tensão.

[047] Para comparação da capacidade de uma junta de sujeição pela porca cônica 10 aperfeiçoada (Fig. 1) de manter a sua força ou tensão de aperto pré- carregada quando submetida à vibração, em relação a um sistema de prendedor de três peças convencional 140 (Fig. 8), um teste de vibração de Junker foi realizado em cada sistema. Em cada teste, o respectivo prendedor foi conduzido para uma pré-carga estabelecida de 45 kN, e a carga de cisalhamento foi aplicada pela vibração transversal a 12,5 Hz com uma amplitude de 10% de diâmetro de parafuso. Conforme representado na Fig. 10, aonde o gráfico superior 150 mostra os resultados do teste representativo da porca cônica 10, e o gráfico inferior 152 mostra os resultados do teste representativo do sistema de prendedor de três peças 140, cada sistema de prendedor exibindo uma redução inicial na força de aperto, e, em seguida, acomodando-se dentro de uma faixa de estado estacionário durante o teste de vibração. Em particular, a força de aperto do prendedor de porca cônica (gráfico superior 150) reduzida de sua pré-carga em aproximadamente 5%, enquanto que o sistema de prendedor de três peças (gráfico inferior 152) teve a sua pré-carga reduzida em aproximadamente 13%. Portanto, a vantagem da porca cônica em relação a um sistema de prendedor de três peças convencional, melhor habilitada a reter uma força de aperto estabelecida quando, por exemplo, sendo empregada em um conjunto de cubo da roda e submetida a forças vibratórias quando um veículo está sendo dirigido em uma rodovia, é evidenciada pelos resultados do teste mostrados na Fig. 10.

[048] As Figuras 11 e 12 proporcionam dados empíricos adicionais para comparação junto a um sistema de prendedor de três peças 140, tal como na Fig. 7, para uma porca cônica 10, conforme dado na Fig. 1. A Fig.11 mostra uma relação medida entre o torque e a tensão de uma disposição de fixação utilizando um sistema de prendedor de três peças; e a Fig. 12 mostra aquela de uma disposição de fixação utilizando uma porca cônica. Uma vez que cada tipo de sistema de prendedor apresenta uma respectiva relação particular entre o torque e a tensão, e a força de aperto pré-carregada necessária em uma junta, frequentemente, vem a ser estabelecida, particularmente, por exemplo, na indústria automotiva, a relação entre o torque e a tensão para cada tipo particular de sistema de fixação de acordo com o tamanho e outras geometrias específicas pode ser necessária de ser investigada para assegurar-se o atendimento quanto ao uso final. Portanto, qualquer comparação em vista das Figuras 11 e 12 deve ser considerada como qualitativa.

[049] A Fig. 11 ilustra os resultados do teste entre torque e tensão de uma disposição de fixação utilizando um sistema de prendedor de três peças 140, conforme a Fig. 7. Tanto o torque aplicado na porca e consequentemente a força de aperto são postos em gráfico em relação ao ângulo de rotação progressivo da porca (esquerda para a direita), conforme a bucha cônica 142 (Fig. 7) seja acionada diante da superfície de trabalho A efetiva relação entre o torque e a tensão da disposição de fixação é exibida na parte à direita do gráfico correspondendo ao assentamento da bucha na superfície de trabalho.

[050] A Fig. 12 ilustra os resultados do teste entre torque e tensão de uma disposição de fixação utilizando uma porca cônica 10 aperfeiçoada conforme na Fig.

1. Conforme na Fig. 11, tanto o torque aplicado na porca e a consequente força de aperto são postos em gráfico em relação ao ângulo de rotação progressivo da porca (esquerda para a direita). Os dados mostrados na Fig. 12 foram tomados após múltiplas instalações de uma porca e peça de trabalho em particular. Tipicamente, as primeiras instalações (não mostradas) exibem um abaulamento no torque medido conforme a porca e a peça de trabalho se conformem via ligeiras deformações antes de atingirem o torque almejado do conjunto e a força de aperto. Conforme pode ser observado pela comparação das Figuras 11 e 12, o torque requerido para se atingir a força de aperto almejada ou aproximadamente 46 kN é aumentado na Fig. 12, em parte pelo menos devido a resistência entre a rotação da porca cônica e da peça de trabalho, sendo que a bucha cônica não gira contra a peça de trabalho ao utilizar o sistema de prendedor de três peças 140.

[051] Uma disposição de fixação utilizando a porca cônica 10 aperfeiçoada exibe uma relação entre o torque e a tensão mais simplificada e aplainada (Fig. 12) para desempenho previsível aperfeiçoado com respeito a se chegar a uma força de aperto almejada pela aplicação de um torque estabelecido.

[052] Em última análise, quando comparado com um sistema de prendedor de três peças 140, espera-se que o uso da porca cônica 10 aperfeiçoada proporcione: tempos de manutenção mais rápidos e previsíveis para o aperfeiçoamento quanto a precisão estimada do tempo para finalidades de agendamento e satisfação do cliente; custos de manutenção imediatos e posteriores menores; melhor consistência da força de aperto, superior resistência a vibração; pernos de proteção contra a corrosão; e provisão quanto a uma maior capacidade de carga.

[053] Dimensões particulares providas na Tabela 1 são de particular vantagem para uso na montagem de um conjunto de cubo da roda, conforme representado na Fig. 4. As dimensões particulares proporcionam na garantia de um conjunto de cubo da roda sendo estável e seguro contra o afrouxamento por vibração. As dimensões particulares na Tabela 1 são para serem entendidas como exemplos irrestritos, a menos que expressamente estabelecidos ou reivindicados de outra forma. Quando as dimensões na Tabela 1 são implementadas em conjunto, resulta em uma modalidade particularmente vantajosa da porca 10. Entretanto, cada dimensão na Tabela 1 pode oferecer a sua própria respectiva vantagem, de modo que uma modalidade vantajosa da porca 10 pode implementar uma quantidade qualquer das dimensões abaixo, ou um subconjunto qualquer das mesmas, com ou sem a implementação de suas totalidades. Tabela 1 OD 1 23 ± 0,15 milímetros (mm) OD2 20 + 0,3 (-0) milímetros (mm) ID1 16,1 + 0,15 (-0) (mm) ID2 (ID2M, ID2m) Rosqueado para 1,5875 cm (5/8 polegadas), 18UNF - 2B L1 31 ± 0,3 (mm) L2 17, 5 ± 0,5 (mm) A1 13 ± 1 (graus) A2 30 ± 15 (graus) W1 23,8 (+0) – 0,39 (mm) W2 26,3 MIN (mm)

[054] Enquanto que as modalidades vieram a ser descritas em conexão com as modalidades preferidas das diversas Figuras, deve ser observado que outras modalidades similares podem ser usadas ou modificações e acréscimos podem ser efetuados na modalidade descrita desempenhando as mesmas funções sem desvios em relação as mesmas. Portanto, as modalidades descritas não devem ficar restritas a qualquer modalidade individual, mas ao invés disso devem ser construídas dentro do objetivo e âmbito de acordo com o quadro de reivindicações em apenso.

Claims (20)

REIVINDICAÇÕES

1. Porca resistente a vibração para fixação de uma superfície de trabalho em um perno rosqueado, o perno se estendendo através de um orifício definido através da superfície de trabalho, a porca CARACTERIZADA pelo fato de compreender: uma coroa anular para admissão do perno, a coroa anular incluindo uma porção cilíndrica e uma porção de extremidade de terminal cônico para serem admitidas no orifício, a porção de extremidade de terminal cônico se estendendo a partir da porção cilíndrica, sendo que a porção de extremidade de terminal cônico apresenta uma superfície externa que se estreita diametralmente a partir da porção cilíndrica; e um cabeçote se estendendo a partir da porção cilíndrica da coroa anular oposta à porção de extremidade de terminal cônico, o cabeçote apresentando superfícies de engate externas para engate de uma ferramenta voltada para a rotação da porca, o cabeçote apresentando um interior rosqueado para engate das roscas do perno.

2. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da coroa anular apresentar uma parede interna cilíndrica aplainada.

3. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato da parede interna se estender para dentro e através da porção cilíndrica e da porção de extremidade de terminal cônico.

4. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato da parede interna ser livre de roscas.

5. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato da porca apresentar um furo montado (18) se estendendo através da mesma incluindo a parede interior da coroa anular e o interior rosqueado do cabeçote, e sendo que o furo montado apresenta um primeiro diâmetro de abertura interna (ID1) definido pela parede interna cilíndrica aplainada (26) ao longo da coroa anular, e um segundo diâmetro de abertura interna (ID2m) ao longo do interior rosqueado (32) do cabeçote, e sendo que o primeiro diâmetro de abertura interna é maior do que o segundo diâmetro de abertura interna.

6. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da parede interna da coroa anular apresentar um diâmetro que permite arbitrariamente a inserção do perno e a rotação da porca conforme o interior rosqueado do cabeçote vá se engatando com as roscas.

7. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato da porção de extremidade de terminal cônico da coroa anular apresentar uma superfície externa essencialmente frustocônica.

8. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADA pelo fato da superfície externa da porção de extremidade de terminal cônico da coroa anular apresentar um ângulo de tarraxa uniforme (A1).

9. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do apertamento da porca por rotação em torno do perno pressionar a porção de extremidade de terminal cônico para dentro do orifício.

10. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do orifício definido através da superfície de trabalho apresentar uma porção interna cônica, e sendo que o apertamento da porca por rotação em torno do perno força de forma crescente o engate da porção de extremidade de terminal cônico com a porção interna cônica do orifício.

11. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato do cabeçote apresentar uma declividade em sentido ao ressalto se estendendo radialmente para fora em relação a porção cilíndrica da coroa anular.

12. Porca resistente a vibração, de acordo com a reivindicação 1,

CARACTERIZADA pelo fato da superfície de trabalho compreender um flange de eixo mecânico instalado em um cubo de um conjunto de cubo da roda.

13. Conjunto de cubo da roda, CARACTERIZADO pelo fato de compreender: um cubo central; um flange instalado no cubo, o flange apresentando múltiplos orifícios; múltiplos pernos, cada um dos quais sendo fixados e se estendendo a partir do cubo, cada perno apresentando uma porção se estendendo externamente com roscas externas; um flange para instalação no cubo central, o flange apresentando múltiplos orifícios, cada um dos quais passando através da porção se estendendo externamente de um respectivo perno; e múltiplas porcas resistentes a vibração para prender de forma cooperativa o flange com o cubo para cada engate de um respectivo perno dos múltiplos pernos passados através de um respectivo orifício do flange, cada uma das múltiplas porcas resistentes a vibração compreendendo: uma coroa anular para a admissão do respectivo perno, a coroa anular incluindo uma porção cilíndrica e uma porção de extremidade de terminal cônico para serem admitidas no respectivo orifício do flange, a porção de extremidade de terminal cônico se estendendo a partir da porção cilíndrica, sendo que a porção de extremidade de terminal cônico apresenta uma superfície externa que se estreita diametralmente a partir da porção cilíndrica; e um cabeçote se estendendo a partir da porção cilíndrica da coroa anular oposta à porção de extremidade de terminal cônico, o cabeçote apresentando superfícies de engate externas para engate de uma ferramenta voltada para a rotação da porca, o cabeçote apresentando um interior rosqueado para engate das rosas externas do respectivo perno.

14. Conjunto de cubo da roda, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato da coroa anular apresentar uma parede interna cilíndrica aplainada.

15. Conjunto de cubo da roda, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato da parede interna se estender no interior e através da porção cilíndrica e da porção de extremidade de terminal cônico.

16. Conjunto de cubo da roda, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato da parede interna ser livre de roscas.

17. Conjunto de cubo da roda, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato da porca apresentar um furo montado (18) se estendendo através da mesma incluindo a parede interna da coroa anular e o interior rosqueado do cabeçote, e sendo que o furo montado apresenta um primeiro diâmetro de abertura interna (ID1) definido pela parede interna cilíndrica aplainada (26) ao longo da coroa anular, e um segundo diâmetro de abertura interna (ID2m) ao longo do interior rosqueado (32) do cabeçote, e sendo que o primeiro diâmetro de abertura interna é maior do que o segundo diâmetro de abertura interna.

18. Conjunto de cubo da roda, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato da parede interna da coroa anular apresentar um diâmetro que permite arbitrariamente a inserção do perno e a rotação da porca conforme o interior rosqueado do cabeçote vá se engatando com as roscas.

19. Conjunto de cubo da roda, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato da porção de extremidade de terminal cônico da coroa anular apresentar uma superfície externa essencialmente frustocônica.

20. Conjunto de cubo da roda, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de cada respectivo orifício do flange apresentar uma porção interna cônica, e sendo que o apertamento da porca por rotação em torno do respectivo perno força de forma crescente o engate da porção de extremidade de terminal cônico com a porção interna cônica do respectivo orifício.