ES2253727T3

ES2253727T3 - Dispositivo de fijacion mediante tornillos y tuercas.

Info

Publication number: ES2253727T3
Application number: ES04291551T
Authority: ES
Inventors: Daniel Dao; Eric Landragin; Francois Garcin
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-06-18
Also published as: US20050020367A1; FR2856755B1; JP4458950B2; US7367766B2; FR2856755A1; EP1491778A1; EP1491778B1; JP2005016725A; DE602004000220D1; CA2472301A1; RU2343325C2; CA2472301C; UA85535C2; RU2004119448A; DE602004000220T2

Abstract

Dispositivo de fijación de dos piezas (2, 3) una a otra, que comprende tornillos de fijación (17) que se extienden en pasos alineados (15, 16) de las dos piezas (2, 3), teniendo estos tornillos cabezas (18) aplicadas en una (2) de las piezas y recibiendo tuercas (19) aplicadas en la otra (3) de las piezas, y medios de inmovilización (25) de las cabezas de los tornillos (18), caracterizado porque los medios de inmovilización de las cabezas de los tornillos (18) comprenden, al menos, un elemento de quita y pon (20) que puede insertarse alrededor de, al menos, una cabeza de tornillo por una traslación perpendicular al eje del tornillo y que comprende medios de bloqueo (23, 28) en rotación con una (2) de las dos piezas que hay que fijar.

Description

Dispositivo de fijación mediante tornillos y tuercas.

La presente invención se refiere a un dispositivo de fijación, por tornillos y tuercas, de dos piezas una a otra (véase el documento FR 674 376 A).

Estos dispositivos de fijación por tornillos y tuercas, que permiten, especialmente, un ensamblaje de dos o varias piezas desmontables, están muy extendidos y conocen aplicaciones variadas, en todos los ámbitos técnicos. Para efectuar las operaciones de apriete o aflojamiento de una tuerca en un tornillo, es necesario inmovilizar el tornillo en rotación y en traslación para evitar que éste gire libremente sin ofrecer par resistente al par de apriete o de aflojamiento ejercido sobre la tuerca por una herramienta apropiada, tal como, por ejemplo, una llave o un aparato automático o semiautomático de apriete.

Cuando estos dispositivos se utilizan para el ensamblaje de los elementos anulares de un rotor de turbomáquina, una solución descrita en los documentos FR-A-2 502 690 y FR-A-2 715 975 consiste en inmovilizar el tornillo en rotación y en traslación, realizando, por mecanizado, o cualquier otro procedimiento de fabricación apropiado, alojamientos, y de modo más particular vaciados, en una pieza anular que hay que fijar y destinados a recibir cabezas de tornillos cuyas formas específicas cooperan con los vaciados para inmovilizar los tornillos.

Sin embargo, por la forma particular y las tolerancias dimensionales y de posicionamiento de los vaciados, los mecanizados son difíciles y costosos de realizar, sobre todo cuando estos se practican en una pieza voluminosa, de formas complejas, necesitando grandes precauciones durante las manipulaciones o durante las operaciones de mecanizado. Además, cuando la pieza está solicitada mecánicamente, los vaciados pueden ser origen de concentraciones de tensiones en el seno de la pieza, que queda, entonces, debilitada. Para aumentar la resistencia de la pieza en la proximidad de estos vaciados y aumentar la vida de servicio útil, es habitual reforzar la pieza añadiendo alrededor de los vaciados, material que, finalmente, aumenta la masa del conjunto. Este exceso de masa puede llegar a ser un inconveniente no despreciable, por ejemplo en el ámbito de la aeronáutica, en el cual se busca disminuir la masa de cualquier pieza embarcada o cuando la pieza es una pieza en movimiento cuya inercia quiere disminuirse, tal como, por ejemplo, un elemento de rotor de turbocompresor o de turborreactor.

Otro inconveniente de estos vaciados de inmovilización de las cabezas de los tornillos es que sus paredes soportan directamente el par de apriete ejercido sobre la tuerca, que, cuando rebasa un valor límite de par prescrito, puede marcar, incluso dañar, la pieza en la cual se forman los vaciados.

Un objeto de la invención es evitar los inconvenientes antes citados y aportar una solución, técnicamente simple y poco costosa, para inmovilizar eficazmente los tornillos de fijación durante el ensamblaje de dos piezas.

La invención propone con este fin un dispositivo de fijación de dos piezas una a otra, que comprende tornillos que se extienden en pasos alineados de las dos piezas, teniendo estos tornillos cabezas aplicadas en una de las piezas y recibiendo tuercas aplicadas en la otra de las piezas, y medios de inmovilización de las cabezas de los tornillos, estando caracterizado este dispositivo porque los medios de inmovilización de las cabezas de los tornillos comprenden, al menos, un elemento de quita y pon que comprende medios de bloqueo en rotación con una de las dos piezas que hay que fijar.

La transposición de los medios de inmovilización de las cabezas de los tornillos a un elemento independiente evita debilitar las piezas que hay que ensamblar por la formación de vaciados y, por consiguiente, preserva estas piezas de marcas o deterioros debidos a los esfuerzos ejercidos, durante el apriete, por las cabezas de los tornillos sobre sus medios de inmovilización. Además, estando destinados el elemento o los elementos de quita y pon únicamente a la inmovilización de las cabezas de los tornillos, estos pueden ser de forma general muy simple y de volumen reducido, haciéndoles fácilmente manipulables y simplificando su fabricación, al mismo tiempo que se reduce su coste. El elemento de quita y pon de acuerdo con la invención puede utilizarse numerosas veces y puede ser reemplazado muy fácilmente en caso de desgaste o de deterioro anormal sin consecuencias financieras importantes.

Durante el apriete de las tuercas en los tornillos, las cabezas de los tornillos ejercen sobre el elemento de quita y pon un par que tiende a arrastrarlo en rotación: previendo medios de bloqueo en rotación formados en el elemento de quita y pon, se impide la rotación de este elemento con respecto a una de las piezas que hay que fijar, sin que sea necesario aplicar una herramienta suplementaria de antirrotación al elemento de quita y pon, de donde una puesta en práctica del dispositivo de fijación de acuerdo con la invención más simple y más rápida.

Ventajosamente, el elemento de quita y pon queda bloqueado en rotación por tope con una parte de la pieza que hay que fijar. El bloqueo por tope permite realizar de modo simple y eficaz la función de antirrotación del elemento de quita y pon con uno de los elementos que hay que fijar. En particular, la extensión de las superficies de contacto y un eventual tratamiento de endurecimiento permiten obtener un tope muy rígido y muy resistente.

Otra característica ventajosa de la invención consiste en realizar el bloqueo en rotación del elemento de quita y pon simplemente por inserción de este elemento de quita y pon en, al menos, dos tornillos contiguos de fijación de dos piezas.

Ventajosamente, el elemento, o cada elemento, de quita y pon comprende, formado en uno de sus rebordes, al menos, un vaciado de inserción alrededor de una cabeza de tornillo. Este vaciado tiene forma de "U", es fácilmente realizable por mecanizado y tiene una forma conjugada de la forma de la cabeza de un tornillo para inmovilizarlo, pudiendo ser el tornillo un tornillo estándar con cabeza, por ejemplo, de forma cuadrada, que no tiene necesidad de ser mecanizado.

En un modo de realización preferido de la invención, el elemento, o cada elemento, de quita y pon tiene una sección en "L" de la cual un ala, que forma un reborde, comprende uno o varios citados vaciados y la otra ala forma un tope con una de las piezas, definiendo una posición para la cual el vaciado, o cada vaciado, queda insertado alrededor de una cabeza de tornillo. Durante la inserción del elemento de quita y pon alrededor de las cabezas de los tornillos, el tope permite encontrar inmediatamente y sin error posible, la posición en la cual las cabezas de los tornillos y el elemento de quita y pon quedan bloqueados en rotación con una de las piezas que hay que fijar. Esta forma particular en "L" del elemento de quita y pon permite reagrupar eficazmente y por una realización simple, el conjunto de los medios necesarios para la inmovilización de las cabezas de los tornillos.

En la práctica, una traslación perpendicular a los ejes de los tornillos permite insertar el elemento de quita y pon alrededor de las cabezas de los tornillos para su bloqueo en rotación.

Ventajosamente, cuando las piezas que hay que ensamblar son anulares, el dispositivo comprende varios elementos independientes de quita y pon repartidos en una circunferencia. Cada uno de estos elementos independientes puede ser de forma muy simple y de dimensiones muy reducidas y, por consiguiente, fácilmente realizable y, sobre todo, fácilmente manipulable, simplificando considerablemente la puesta en práctica del dispositivo de acuerdo con la invención.

De acuerdo con otras características de la invención:

-: el elemento, o cada elemento, de quita y pon comprende, formado en uno de sus rebordes, al menos, dos vaciados de inserción alrededor de cabezas de tornillos;

-: el ala antes citada, que forma tope, forma, igualmente, los medios de bloqueo en rotación del elemento de quita y pon;

-: el vaciado, o cada vaciado, está abierto, por una parte, en la superficie terminal del reborde opuesta al ala que forma tope y, por otra, en la superficie lateral del reborde en el lado del ala que forma tope.

-: el vaciado, o cada vaciado, de inserción está cerrado en el lado de la superficie lateral del reborde opuesta al ala que forma un tope de posicionamiento, para formar un tope axial que puede entrar en contacto con una cabeza de tornillo;

-: el vaciado, o cada vaciado, de inserción es una entalladura que se extiende desde el extremo libre del reborde en el cual ésta está formada.

En aplicaciones preferidas de la invención:

-: las dos piezas son piezas anulares, en particular para rotores de turbomáquinas;

-: al menos una de las dos citadas piezas anulares es un disco de rotor.

La invención se comprenderá mejor, y otras características, detalles y ventajas de ésta se pondrán de manifiesto de modo más claro, con la lectura de la descripción que sigue, hecha a título de ejemplo refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales las figuras 1 a 4 son vistas esquemáticas en perspectiva de un modo de realización del dispositivo de acuerdo con la invención representado en cuatro etapas sucesivas de fijación de dos piezas.

El dispositivo de acuerdo con la invención se utiliza en este ejemplo para ensamblar dos piezas anulares 2, 3 de un rotor de turbocompresor. La primera de estas piezas es un disco de rotor 2 y la otra una pieza anular que forma un tirante 3 que comprende, especialmente, collarines 4 para cooperar con álabes de estator (no representados) y formar una junta de estanqueidad por paso en zigzag. Los dos elementos anulares 2, 3 son piezas que hacen tope axialmente y comprenden, respectivamente, una brida anular 5 y patas de embridado 6 (véanse las figuras 3 y 4) que se extienden radialmente hacia el interior. Una pared cilíndrica 9 que lleva la brida anular 5 se extiende alrededor del eje 26 del disco de rotor 2 (véase la figura 3) y una pared cilíndrica 10 que lleva las patas 6 se extiende desde la pieza tirante 3. Aunque las figuras 1 a 4 representan solamente un sector angular de dos piezas anulares 2, 3, la patas 6 están repartidas regularmente en toda la periferia radialmente interna de la pared cilíndrica 10. Un reborde anular 11 (véanse las figuras 1 y 4) está formado en la periferia radialmente interna 12 de la brida anular 5 y sobresale en el lado del tirante 3. Las patas 6 se extienden radialmente hasta la proximidad del reborde anular 11 preservando al mismo tiempo una holgura entre los extremos libres (véase la figura 4) de las patas y el reborde anular 11.

Pasos de tornillos 16, 15 repartidos regularmente en una circunferencia, están formados, por una parte, en la brida anular 5 y, por otra, en las patas 6. Los pasos de tornillo 15 formados en las patas 6 están alineados con los 16 de la brida anular 5 y están destinados a recibir tornillos de fijación 17 estándar que tienen cabezas 18 cuadradas que se aplican en la brida anular 5 en el lado opuesto al tirante 3. Tuercas 19 se atornillan en los vástagos fileteados de los tornillos 17 y se aplican contra las patas 6 en el lado opuesto al disco de rotor 2.

Los medios de inmovilización de las cabezas de los dos tornillos representadas en los dibujos, comprenden un elemento de quita y pon 20 que tiene sensiblemente la forma de un sector anular y que comprende dos paredes paralelas 21, 22 unidas por una tercera pared 23, perpendicular a las dos primeras, en parte de cilindro. La primera pared 21 y la tercera pared 23 dan a la sección del elemento de quita y pon 20 una forma general de "L". Vaciados 25, de forma sensiblemente cuadrada o rectangular conjugada de la forma cuadrada de las cabezas de los tornillos 18, están formados en la primera pared lateral 21 y desembocan radialmente en la superficie terminal 29, de la pared 21, opuesta a la pared 23 y axialmente en la superficie lateral 30, de la pared 21, frente a la segunda pared 22. Estos vaciados 25 están cerrados en el lado de la superficie lateral 31, de la pared 21, opuesta a la segunda pared 22, para formar un tope axial 27 de una cabeza de tornillo 18.

Cuando el elemento 20 se inserta entre la brida anular 5 y el cuerpo del disco de rotor 2 como está representado en los dibujos de las figuras 2 y 3, éste es coaxial con las dos piezas anulares 2, 3 (véase la figura 3) y la pared 23 hace tope con la periferia radialmente interna 12 de la brida anular 5. Este tope define una posición en la cual las cabezas de los tornillos 18 quedan insertadas en los vaciados 25 e inmovilizadas en rotación en estos vaciados. Las cabezas de los tornillos quedan, igualmente, inmovilizadas en traslación entre el tope axial 27 de cada vaciado 25 y la brida anular 5. El tope de la pared 23 del elemento 20 en la brida anular 5 permite, igualmente, bloquear en rotación el elemento de quita y pon 20 con respecto al disco de rotor 2. La inserción de las dos cabezas de los tornillos 18 en los vaciados 25 permite a éstas entrar en contacto con la superficie de fondo 28, sensiblemente paralela al plano que pasa por los ejes de los dos tornillos 17 contiguos, de cada vaciado 25 para impedir, igualmente, la rotación del elemento de quita y pon 20. La primera pared lateral 21 del elemento 20 se extiende a lo largo de la brida anular 5 en el lado opuesto al tirante 3 y la segunda pared lateral 22 se extiende a lo largo del reborde 11 hasta la proximidad de su superficie cilíndrica externa 13 preservando al mismo tiempo una holgura entre el extremo libre 24 de esta segunda pared 22 y el extremo libre 14 de las patas 6.

Aunque en las figuras 1 a 4 esté representado un solo elemento de quita y pon 20, hay otros tantos elementos de quita y pon 20 independientes repartidos en círculo a lo largo de la brida anular 5 como sean necesarios para inmovilizar todas las cabezas de los tornillos 18.

Las diferentes etapas del ensamblaje de las dos piezas anulares 2, 3 por puesta en práctica del dispositivo de fijación de acuerdo con la invención descrito anteriormente, están representadas sucesivamente en las figuras 1 a 4. En un primer tiempo (véase la figura 1), se insertan los tornillos de fijación 17 en los pasos de tornillo 15 de la brida anular 5 hasta que las cabezas de los tornillos 18 estén en contacto con esta brida 5. En una segunda etapa representada en la figura 2, se llevan los elementos de quita y pon 20 a la brida anular 5 por un movimiento de traslación sensiblemente radial con respecto al eje 26. Para cada elemento de quita y pon 20, la traslación continúa hasta que la pared 23 haga tope con la periferia radialmente interna 12 de la brida anular 5, las cabezas de los tornillos 18 quedan insertadas, entonces, en los vaciados 25 e inmovilizadas, tanto en rotación, como en traslación, y el elemento de quita y pon 20 queda bloqueado en rotación con respecto al disco de rotor 2. En una tercera etapa representada en la figura 3, se coloca la pieza anular que forma tirante 3 haciendo tope axialmente con el disco de rotor 2 para que los vástagos de los tornillos 17 queden insertados en los pasos 15 de las patas de embridado 6. Se insertan después una o varias tuercas 19 y se atornillan en el vástago fileteado de cada tornillo 17 y se aprietan con el par prescrito contra la pata de embridado 6 correspondiente o contra una arandela de apriete colocada entre cada tuerca 19 y la pata de embridado 6. Finalizado el ensamblaje de las dos piezas 2, 3 anulares (véase la figura 4), se retiran los elementos de quita y pon 20 y estos pueden utilizarse para el ensamblaje de otras dos piezas.

Como variante, se colocan, en primer lugar, las dos piezas anulares 2, 3 haciendo tope una con la otra y posicionadas angularmente para que los pasos de tornillo 15, 16 de las dos piezas anulares 2, 3 estén alineados. A continuación, se insertan los tornillos 17 en los pasos de tornillo 15, 16 alineados. Los elementos de quita y pon 20 se insertan alrededor de las cabezas de los tornillos 18 para inmovilizarlos durante el atornillamiento de las tuercas 19 en los tornillos 17 y su apriete contra las patas de embridado 6.

Para desolidarizar las dos piezas anulares 2, 3, los elementos de quita y pon 20 pueden ser aplicados alrededor de las cabezas de los tornillos para inmovilizarlas durante el aflojamiento y el desatornillamiento de las tuercas 18. Las etapas que permiten desolidarizar los dos elementos 2, 3 están representadas, entonces, sucesivamente, en las figuras 4 a 1.

En una variante de realización, los vaciados 25 del elemento de quita y pon 20 atraviesan de parte a parte, en su espesor, la pared lateral 21 para formar entalladuras que se extienden desde el extremo libre de la pared lateral 21. El tope axial antes citado que permite entrar en contacto con las cabezas de los tornillos está formado, entonces, por una parte de la pieza anular 2 que hay que ensamblar.

Claims

1. Dispositivo de fijación de dos piezas (2, 3) una a otra, que comprende tornillos de fijación (17) que se extienden en pasos alineados (15, 16) de las dos piezas (2, 3), teniendo estos tornillos cabezas (18) aplicadas en una (2) de las piezas y recibiendo tuercas (19) aplicadas en la otra (3) de las piezas, y medios de inmovilización (25) de las cabezas de los tornillos (18), caracterizado porque los medios de inmovilización de las cabezas de los tornillos (18) comprenden, al menos, un elemento de quita y pon (20) que puede insertarse alrededor de, al menos, una cabeza de tornillo por una traslación perpendicular al eje del tornillo y que comprende medios de bloqueo (23, 28) en rotación con una (2) de las dos piezas que hay que fijar.

2. Dispositivo de fijación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de bloqueo (23, 28) del elemento de quita y pon (20) comprenden medios de bloqueo por tope (23) con una parte (11) de la pieza (2) que hay que fijar.

3. Dispositivo de fijación de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el elemento de quita y pon (20) queda bloqueado en rotación por inserción alrededor de, al menos, dos tornillos (17) contiguos de fijación de las dos piezas.

4. Dispositivo de fijación de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el elemento, o cada elemento, de quita y pon (20) comprende, al menos, un vaciado (25) de inserción alrededor de una cabeza de tornillo (18).

5. Dispositivo de fijación de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el elemento, o cada elemento, de quita y pon (20) comprende, al menos, dos vaciados (25) de inserción alrededor de cabezas de tornillos (18).

6. Dispositivo de fijación de acuerdo con las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado porque el vaciado, o cada vaciado, (25) tiene una forma en U conjugada de la forma de la cabeza de tornillo (18) que hay que inmovilizar en rotación.

7. Dispositivo de fijación de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el elemento, o cada elemento, de quita y pon (20) tiene una sección en "L" y comprende un ala (21) que comprende, al menos, un vaciado de inserción (25) alrededor de una cabeza de tornillo y otra ala (23) que forma un tope con una (2) de las piezas, definiendo una posición en la cual el vaciado, o cada vaciado, (25) está insertado alrededor de una cabeza de tornillo (18).

8. Dispositivo de fijación de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la otra ala (23), que forma tope, forma, igualmente, los medios de bloqueo en rotación del elemento de quita y pon.

9. Dispositivo de fijación de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el vaciado, o cada vaciado, de inserción (25) desemboca, por una parte, en el extremo (29) de la citada primera ala (21), en el lado opuesto a la otra ala (23) que forma tope y, por otra, en la superficie lateral (30) de la primera ala (21), en el lado de la otra ala (23) que forma tope.

10. Dispositivo de fijación de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el vaciado, o cada vaciado, de inserción (25) está cerrado en el lado de la superficie lateral (31) de la primera ala (21), opuesto a la otra ala (23) para formar un tope axial de una cabeza de tornillo (18).

11. Dispositivo de fijación de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque el vaciado, o cada vaciado, de inserción (25) es una entalladura que atraviesa la parte del elemento de quita y pon (20) en la cual ésta está formada según un eje paralelo al de los tornillos de fijación (17) y en los dos sentidos.

12. Dispositivo de fijación de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las dos piezas (2, 3) son piezas anulares, en particular, para rotores de turbomáquinas.

13. Dispositivo de fijación de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque, al menos, una de las dos piezas anulares (2, 3) es un disco de rotor.

14. Dispositivo de fijación de acuerdo con las reivindicaciones 12 o 13, caracterizado porque comprende varios elementos independientes de quita y pon (20) repartidos en una circunferencia.