PT786603E - Porca de controlo de carga previa que se fecha a si propria - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

"PORCA DE CONTROLO DE CARGA PRÉVIA QUE SE FECHA A SI PRÓPRIA " ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a dispositivos de aperto que se fecham a si próprios proporcionando cargas axiais previamente determinadas.

Os meios de aperto roscados consistem por um membro ou porca dotado de uma rosca interna e um membro ou cavilha roscado no exterior. A porca apresenta uma rosca interna que se enrosca na rosca externa da cavilha, as superfícies da porca e da cavilha são formadas de modo a acolherem chaves inglesas ou outros mecanismos de aperto. A rotação das chaves inglesas proporciona um momento de rotação aos meios de aperto de modo a formarem uma união em que os meios de aperto unem uma ou mais peças de trabalho firmem ente uma relativamente à outra. Um outro nome para uma cavilha é um peme roscado e uma porca é muitas vezes referenciada como sendo uma arruela.

Muitos dos locais nos quais os meios de ligação são usados requerem que os meios de ligação apresentem uma integridade e uma resistência extremamente elevadas. A utilização em veículos e em pontes são exemplos de tais locais. Os meios de ligação devem frequentemente suportar cargas não somente ao longo do seu eixo longitudinal mas também de um modo radial relativamente a esse eixo. Mais concretamente, quando os meios de ligação unem uma ou mais peças de trabalho uma à outra e as peças de trabalho se encontram carregadas nos seus planos com cargas diferentes, uma peça de trabalho tende a deslizar sobre a outra. Os meios de ligação que passam através de ambas as peças de trabalho ficam carregadas de cisalhamento durante a sua resistência a este tipo de carregamento.

Os meios devem com alguma frequência apresentar uma resposta adequada em locais onde sejam tensionados cilindricamente sob condições que originariam fadiga de material. Um meio de ligação que possua sobre ele uma earga axial adequada tende a 2 2

,/ resistir à fadiga de material e à fadiga por cisalhamento. As cargas axiais são ocasionadas pela fixação de peças de trabalho entre uma cabeça da cavilha num dos lados das peças de trabalho e pela porca do outro lado das peças de trabalho.

Como as cargas axiais adequadas ajudam os meios de ligação a resistir à fadiga, é desejável conhecer a carga de fixação ou a carga axial que o meio de ligação aplica a uma estrutura. A carga axial correlaciona-se com a resistência de uma porca a um aperto subsequente sobre uma cavilha e de encontro às peças de trabalho. À medida que a força axial aumenta, aumenta também a resistência a apertos adicionais, aumentando o momento de rotação necessário para rodar a porca. Este facto tem sido usado em meios de ligação para desenvolver uma carga axial previamente determinada.

Uma característica desejável de um dispositivo de ligação reside no facto de este não se separar durante o serviço. Existem vários dispositivos de ligação que mantêm as porcas e as cavilhas unidas. Um dos dispositivos deforma a rosca da porca de modo a que se apoie em compressão radial de encontro à rosca da cavilha. A resistência ao desenroscamento deste tipo de fecho é simplesmente devida à fricção. A rosca é habitualmente deformada na fábrica ao invés de o ser no local de utilização, mas a deformação no local de utilização também tem sido efectuada. Este tipo de fecho roscado é conhecido como o fecho roscado de momento de rotação prevalecente. O Pedido de Patente dos Estados Unidos n° US-A-4 260 005 em nome de Edgar Stencel revela uma porca que se fecha sozinha que usa lóbulos externos para aceitar uma chave deltoide possuindo um encaixe de formato geral triangular ou deltoide para apertar a porca na cavilha ou peme cooperante. A porca é preferencialmente usada com uma cavilha que usa flautas que se prolongam de um modo axial na rosca.

Quando existe uma carga axial previamente determinada na junta que está a ser feita, os lóbulos deformam-se plasticamente e a chave deixa de poder fazer rodar a porca. A deformação dos lóbulos desloca o material posicionado radialmente para o seu interior entrando nas flautas da cavilha cooperante de modo a produzir um fecho dc rosca. O fecho de rosca resulta do material que se deforma para o interior e através das flautas da cavilha. Após a deformação dos lóbulos o material da porca encontra-se nas flautas da cavilha, existindo uma rosca de fecho mecânica ou de interferência. A deformação dos lóbulos é uma função do momento de rotação de assentamento aplicado através da chave.

Uma melhoria do dispositivo de ligação que se fecha por si só do Pedido de Patente dos Estados Unidos n° US-A-4 260 005 em nome de Edgar Stencel encontra-se revelado no Pedido de Patente dos Estados Unidos n° US-A-5 092 726, em nome de Roland A. Wheeler e outros, na qual se baseia a reivindicação independente n° 1 que é constituída por duas partes. A porca de ligação de Wheeler e outros apresenta uma superfície de forma deltoide na extremidade livre da secção de fecho da porca. Entre os lóbulos da porca as paredes apresentam porções que são afundadas de um modo axial e que aumentam a largura circunferencial na direcção da extremidade livre da porca. De um modo adjacente aos lóbulos as paredes da porca apresentam uma espessura constante havendo marcadas transições entre os lóbulos e as porções de parede adjacentes. As porções de parede que são afundadas axialmente e que têm uma espessura decrescente eliminam a interferência de parede com a chave e com a projecção da porca no direcção da chave. É desejável obter cargas axiais mais elevadas com dispositivos de ligação de maiores dimensões destinados a serem aplicados em camiões, em autocarros, em carruagens dos caminhos de ferro, em arranha céus, em pontes e em outras aplicações industriais. É ainda desejável proporcionar uma maior resistência torcional nos lóbulos antes da sua ruptura de modo a produzir cargas axiais mais elevadas necessárias para dispositivos de ligação industriais de maiores dimensões. Adicionalmente, é desejável modificar o formato e manter a facilidade de fabrico das porcas ao mesmo tempo que são mantidas as tolerâncias, especialmente com base numa pequena escala.

Adicionalmente, é desejável que, como a chave deltoide deforma os lóbulos, os lóbulos não se dobrem, evitando-se deste modo que apareçam fissuras ein tomo do lóbulo. 4

Deste modo, o aumento da carga axial que pode ser aplicada pelos dispositivo de ligação, eliminando o aparecimento de fissuras na porca, toma mais fácil o fabrico e aumenta a flexibilidade do formato e o tamanho da porca que são mais desejáveis para ampliar as aplicações nas quais os dispositivos de ligação podem ser usados e para melhorar a funcionalidade dos dispositivos de ligação.

BREVE RESUMO DA INVENÇÃO É, contudo, proporcionada de acordo com a presente invenção uma porca que se fecha a si própria compreendendo um corpo possuindo uma superfície interna roscada que define um orifício que a atravessa; o corpo apresenta uma porção de barril com uma secção de fecho a envolver pelo menos uma parte da superfície interna roscada; em que a secção de fecho apresenta uma menor espessura das paredes, maiores espessuras das paredes adjacentes, e alterações de espessura entre estes pontos; e em que as maiores espessuras da parede formam uma superfície de aperto adaptada para encaixar uma chave deltoide para se deformar de um modo radial para o interior quando a porca é apertada sobre uma rosca até uma carga axial previamente determinada, de modo a que aquando da deformação as maiores espessuras da parede se integram substancialmente no corpo da porca eliminando a superfície de aperto e terminando o aperto da porca, caracterizada por a secção de fecho ter uma secção em corte transversal de formato deltoide e por as referidas mudanças de espessura entre as referidas menores espessuras de parede e as referidas maiores espessuras de parede serem graduais ao longo da extensão da secção de fecho ao longo do eixo longitudinal da porca.

As transições graduais ou suaves entre as porções de parede de espessuras menores ou maiores evitam a dobragem e o fissuramento da porca durante o aperto devido a um redução repentina da espessura da parede em qualquer um dos lados do lóbulo. Evitando α dobragem e o fissuramento permite-se a aplicação de uma maior carga axial.

Numa forma de realização preferencial da presente invenção é interposto um sulco em relevo entre a secção de fecho e o restante do barril de modo a impedir que as maiores espessuras das paredes se deformem de um modo não uniforme ao longo da sua

5 extensão. Nesta forma de realização, a secção de fecho encontra-se localizada numa das extremidades da porca e uma segunda superfície de aperto adaptada para se engatar numa chave inglesa convencional está localizada na outra extremidade.

Estas e outras características e vantagens da presente invenção serão notórias a partir da descrição detalhada que se segue e dos desenhos anexos nos quais os caracteres de referência similares denotam elementos similares nas diferentes vistas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Fig. 1 é uma vista em perspectiva ampliada de uma porca de acordo com a presente invenção; A Fig. 2 é uma vista superior ampliada da porca da Fig. 1; A Fig. 3 é uma vista ampliada em corte transversal de uma secção de fecho da porca da Fig. 1, tomada ao longo da linha 3-3; A Fig. 4 é uma vista parcial superior ampliada da porca da Fig. 1 com uma chave colocada sobre a porca e ilustrando o intervalo de libertação; A Fig. 5 é uma vista superior da porca da Fig. 1 após a porca ter sido apertada pela chave sobre uma cavilha; e A Fig. 6 é uma vista lateral da porca e da cavilha da Fig. 4 apertadas sobre uma peça de trabalho.

DESCRIÇÃO DETALHADA

As Figuras 1 e 2 ilustram uma porca que se aperta a si própria. O corpo da porca compreende um barril 22 possuindo uma secção de aperto 24. A secção de aperto está de preferência posicionada numa extremidade da porca que se encontra afastada da peça de trabalho a ser engatada pela porca. Uma secção 26 de chave inglesa liexagonal 1 6

convencional está colocada numa posição adjacente ao barril na outra extremidade da porca. Um orifício cilíndrico 28 passa pelo centro da porca atravessando-a, e a superfície interna 30 da porca que define o orifício é roscada. A rosca interna está adaptada para acolher uma cavilha roscada 32 possuindo uma cabeça 34 e uma porção roscada 36 que possui flautas 38 que se prolongam através das roscas na direcção axial (Fig. 6). A cabeça proporciona meios para receber uma chave inglesa, ou o dispositivo de ligação pode possuir um encaixe hexagonal para uma chave de Allen ou pode apresentar um encaixe para uma chave de parafusos Phillips. Adicionalmente, o encaixe pode encontrar-se na mesma extremidade da rosca. À medida que a porca é apertada sobre a cavilha de encontro a uma peça de trabalho, como seja um par de folhas (Fig. 6), e a carga axial aplicada entre a cabeça da cavilha e a porca aumenta até uma carga previamente determinada. Quando a carga previamente determinada é alcançada, a secção de fecho deforma-se para o interior das flautas, apertando por rotação a porca sobre a cavilha. O colapso da secção de aperto evita que a porca seja mais apertada sobre a cavilha.

Fazendo uma referência adicional à Fig. 3, a secção de aperto preferencial 24 apresenta uma pluralidade de protusões 40 espaçadas circunferencialmente que se encontram ligadas por uma pluralidade de paredes 42. Na forma de realização preferencial ilustrada existem três protusões igualmente espaçadas. As protusões apresentam uma espessura de parede superior que é superior à espessura menor das paredes que lhe estão adjacentes. Embora as protusões e as paredes apresentem larguras diferentes, as paredes finas aumentam gradualmente de espessura na direcção das protusões, e as protusões mais espessas decrescem gradualmente de espessura na direcção das paredes. Deste modo as intersecções, geralmente designadas 43, entre as paredes e as protusões são tangenciais e, deste modo, as intersecções são lisas, sem esquinas, sem entalhes ou sem outras regiões côncavas ou sem mudanças drásticas de espessura. Adicionalmente, as espessuras nas paredes não se alteram ao longo do eixo longitudinal 60 da porca.

Na forma de realização preferencial ilustrada, há três protusões e três paredes que formam a secção de aperto de fonuato deltoide. Deste modo, a secção em corte 7

transversal (Fig. 3) da secção de aperto tem um formato deltoide. O formato deltoide é geralmente o formato de um triângulo com lados arqueados. O formato deltoide forma uma superfície de aperto ou de chave que está adaptada para ser engatada por uma chave de parafusos 44 aproximadamente complementar. Para auxiliar ao encaixe da porca pela chave, cada protusão apresenta uma porção chanfrada 46. A porção chanfrada proporciona uma superfície angulosa sobre a qual a chave desliza.

Adicionalmente, cada uma das paredes apresenta um raio de curvatura ilustrado pela linha 45 e cada protusão apresenta também um raio de curvatura ilustrado pela linha 47. Os raios de curvatura das paredes e os raios de curvatura das protusões intersectam-se mutuamente de um modo tangencial de modo a que, conforme foi afirmado, as intersecções 43 entre as protusões e as paredes sejam lisas e sem cantos ou sem regiões côncavas. Seleccionando o tamanho dos raios das paredes, obtém-se a espessura de parede mínima desejada para promover o aperto enquanto se evita que a porca se encaixe na chave. A chave 44, conforme ilustrado na Fig. 4, tem um formato deltoide sendo aproximadamente complementar em termos de formato com a secção de fecho da porca. Adicionalmente, a chave é medida e os raios da parede são escolhidos de modo a que haja um pequeno intervalo de libertação 48 entre a parede interna da chave e a parede externa da secção de aperto. O intervalo de libertação encontra-se melhor ilustrado quando os pontos centrais das paredes da chave se encontram alinhados com as porções de parede finas da secção de aperto. Durante a deformação da secção de aperto, as porções de parede fina da secção de aperto tendem a deformar-se para o exterior. O intervalo de libertação proporciona um espaço no interior do qual as porções de parede fina da porca podem deformar-se para fora sem entrarem em contacto com a chave. Deste modo, as porções de parede fina deformadas não interferem com α remoção da chave do interior da porca. De modo a aumentar o espaço entre a parede interna da chave e a parede externa da secção de aperto, podem ser usadas chaves de formatos alternativos, como seja uma chave hexagonal convencional. Fazendo referência às Figs. 5 e 6, de modo a completar uma união com a porca e com a cavilha revelados, a cavilha 8

é inserida através dos orifícios 50, 52 num par de peças de trabalho 54, 56, sendo a porca enroscada sobre a cavilha com a extremidade convencional de uma chave inglesa na direcção da cabeça da cavilha e das peças de trabalho da forma ilustrada na Fig. 6. A chave deltoide é colocada sobre a porca e usada para apertar as peças de trabalho entre a porca e a cabeça da cavilha. Quanto se alcança uma carga axial previamente determinada, as protusões cedem. Quando falham, a chave deforma plasticamente as protusões, empurrando o material que forma as protusões para o interior da porca e integrando as protusões na secção de fecho, de modo a que as protusões se tomam quase imperceptíveis do restante da secção de aperto. Deste modo, a chave deforma o perímetro externo da secção de aperto 24 desde um formato deltoide que se encontra ilustrado na Fig. 2 para um formato geralmente circular que se encontra ilustrado na Fig. 5. Conforme foi afirmado, a cavilha apresenta de preferência uma pluralidade de flautas 38 que se prolongam de um modo axial através das roscas da cavilha para o interior das quais o material é deformado. A deformação do material para o interior das flautas cria um fecho de interferência. O barril do corpo da porca inclui ainda um sulco 58 de relevo periférico, o sulco de relevo compreende um sulco periférico que possui uma profundidade suficiente para separar de um modo axial a secção de fecho e, deste modo, as protusões do resto do barril. Deste modo, as protusões são separadas axialmente do material da porca que iria impedir que as protusões cedessem uniformemente ao longo da sua extensão que se prolonga de um modo paralelo a um eixo longitudinal 60 da porca. O diâmetro do sulco de relevo é superior ao diâmetro das secções de parede fina. A chave deltoide roda agora livremente na porca e, deste modo, a chave não pode apertar mais a porca. O material empurrado para dentro penetra na rosca da cavilha e no interior das flautas, imobilizando a rotação da porca relativamcntc à cavilha. As porções de parede fina expandem-se para fora para o interior do intervalo de relevo sem penetrarem na chave e, deste modo, a chave é facilmente removida da porca.

As protusões determinam a carga axial aplicada a uma junta feita com a porca pois as protusões cedem a uma carga previamente determinada. A carga pode ser determinada pela resistência da secção de aperto à deformação. Uma forma prática de ajustar o valor da carga é ajustar o tamanho da protusão e, consequentemente, a extensão da parede entre as protusões. Adicionalmente, a extensão das protusões ao longo do eixo longitudinal 60 da porca pode ser aumentada, aumentando deste modo a carga axial aplicada pelo dispositivo de ligação.

Devido à transição suave entre as protusões e as paredes, as protusões deformam-se para dentro entrando na porca com pouca ou nenhuma dobragem. Deste modo, não ocorre qualquer físsuragem durante o aperto. O material adicional nas protusões e nas paredes requer um momento de rotação mais elevado de modo a deformar as protusões. Assim, a carga axial aplicada pelo dispositivo de ligação aumenta relativamente à carga axial obtida através das técnicas anteriores. Adicionalmente, o formato deltoide é simples. Não apresenta cantos nem contornos complexos. Deste modo é facilmente fabricada e a sua forma de concepção é facilmente modificada.

Assim, é revelada uma porca que se fecha a si própria e que usa transições suaves entre uma pluralidade de protusões e uma pluralidade de paredes de modo a evitar ò aparecimento de fissuras, aplica cargas axiais elevadas e proporciona uma porca com um desenho simples que é facilmente modificado. Embora tenham sido ilustradas e descritas formas de realização e aplicações da presente invenção, toma-se notório para os peritos na técnica que são possíveis muitas mais modificações sem sair do conceito inventivo da presente. Deve, deste modo, entender-se que, dentro do âmbito das reivindicações anexas, a presente invenção pode ser posta em prática de um modo diferente do que foi especificamente descrito.

Lisboa, j g 5EJ 2001

Fcrreira

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Claims (9)

1 REIVINDICA ÇÕES 1. Uma porca que se fecha a si própria compreendendo: um corpo possuindo uma superfície interior roscada (30) definindo um orifício (28) que o atravessa; o corpo que apresenta uma porção (22) de barril com uma secção de aperto (24) envolvendo pelo menos uma parte da superfície interna (30) roscada; a secção de aperto (24) possuindo uma menor espessura de parede, espessuras de parede superiores adjacentes, e mudanças de espessura entre estes pontos; as espessuras superiores de parede formam uma superfície de aperto adaptada para se encaixar com uma chave deltoide (44) e para se deformar de um modo radial para o interior quando a porca é apertada numa rosca até uma carga axial previ amente determinada de modo a que, aquando de tal deformação, as espessuras das paredes maiores integram-se substancialmente no corpo da porca eliminando a superfície de aperto e terminando o aperto da porca, caracterizada por a secção de aperto (24) ter uma secção transversal de formato deltoide e as referidas alterações de espessura entre as espessuras de paredes de menores dimensões e as referidas espessuras de paredes de maiores dimensões serem graduais ao longo da extensão da secção de aperto (24) ao longo do eixo longitudinal (60) da porca.

2. A porca que se fecha a si própria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as menores e maiores espessuras de parede se intersectarem de um modo tangencial.

3. A porca que se fecha a si própria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a secção de fecho (24) de formato deltoide ser substancialmente triangular com lados arqueados.

4. A porca que se fecha a si própria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a espessura das paredes ser constante ao longo de um eixo longitudinal (60) da secção de fecho (24). 2

5. A porca que se fecha a si própria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por as maiores espessuras de parede se encontrarem adaptadas para se deformarem plasticamente.

6. A porca que se fecha a si própria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o corpo compreender ainda uma segunda superfície de aperto (26) adaptada para se engatar numa chave inglesa convencional.

7. A porca que se fecha a si própria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o corpo compreender ainda um sulco (58) de relevo que separa axialmente a secção de fecho (24) do restante da porção (22) de barril.

8. A porca que se fecha a si própria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o corpo compreender ainda um sulco (58) de relevo que separa axialmente as maiores espessuras de parede do restante da porção (22) de barril.

9. A porca que se fecha a si própria de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o corpo compreender uma extremidade e a secção de fecho (24) se encontrar localizada na extremidade. · Lisboa, ] 9 SET, 2001

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