PARA MONTAGEM DE UM ELEMENTO ESTRUTURAL E UMA PLACA SOBREPOSTA.
Campo Técnico da Invenção
A presente invenção refere-se a um dispositivo para montagem de um elemento estrutural e uma placa sobreposta, o dito dispositivo compreendendo:
- um elemento de aparafusamento integral com e se projetando do dito elemento estrutural, tendo uma seção rosqueada e passando axialmente através de uma abertura vazada fornecida na placa;
- uma porca de aperto helicoidalmente montada na seção rosqueada do elemento de aparafusamento;
- uma base de suporte livremente montada no elemento de aparafusamento e colocada entre a porca de aperto e a placa;
- recursos de suporte orientáveis para a porca de aperto na base do suporte, permitindo o movimento relativo da base do suporte em relação à porca de aperto.
Técnica Precedente
Em muitos campos, particularmente na indústria automotora, é necessário montar uma parte em um elemento estrutural enquanto efetuando a compressão axial em uma área onde uma placa integral com a parte é sobreposta no elemento estrutural. A parte é comprimida por meio de um sistema de parafuso e porca compreendendo um elemento de aparafusamento (de um tipo pino) integral com e se projetando do elemento estrutural, junto com uma porca de aperto. Uma base do suporte é disposta entre a porca de aperto e a placa para distribuir as forças compressivas.
Para compensar qualquer carência de perpendicularidade do elemento de aparafusamento em relação ao elemento estrutural, já foi concebido planejar recursos de suporte orientáveis para a porca de aperto na base do suporte, tais recursos permitindo o movimento da junta de esfera relativa da base em relação à porca. Nas técnicas conhecidas, esses recursos de suporte orientáveis são constituídos por uma superfície de contato côncava esfericamente formada, formada na face inferior da porca e por uma superfície de contato convexa complementarmente formada, saliente da face superior da base.
Esse tipo de dispositivo de montagem é ainda difícil de usar, entretanto, desde que durante a instalação, é necessário segurar a placa contra o elemento estrutural enquanto ao mesmo tempo inserindo o elemento de aparafusamento na base, atarraxando a porca e apertando-a. O grande número de operações simultâneas envolvidas tem o efeito direto de reduzir as taxas de montagem nas linhas de produção. Além disso, uma porca tendo uma superfície côncava esfericamente formada é muito complexa para fabricar, assim adicionando proporcionalmente ao custo de produção.
Matéria Objeto da Invenção
O objetivo da invenção é solucionar essas desvantagens propondo um dispositivo de montagem que é simples e barato para fabricar e melhora a facilidade de uso.
O dispositivo de acordo com a invenção é distinto em que os recursos de suporte orientáveis são constituídos por:
- uma parte de acoplamento macho integral com a porca de aperto e fornecida com uma cabeça tendo uma superfície de contato convexa esfericamente formada,
- uma sede de acoplamento integral com a base de suporte e fornecida com uma superfície de contato côncava tendo uma forma esférica complementar com a dita superfície convexa,
- recursos de retenção equipando uma abertura da sede de acoplamento e imobilizando automaticamente a parte de acoplamento macho na sede de acoplamento uma vez que a cabeça tenha sido inserida na sede de acoplamento através da dita abertura.
A produção de uma porca de aperto de acordo com a invenção é simplificada, desde que a função de orientação do suporte é atribuída para a parte de acoplamento macho, do qual essa é a finalidade única. Além disso, a presença dos recursos de retenção torna possível pré-montar a porca de aperto na base do suporte, de modo que o operador pode então executar a montagem da placa no elemento estrutural de maneira muito mais simples, em uma segunda fase. Em outras palavras, a base e a porca podem ser fornecidas pré-montadas uma na outra.
Outras características técnicas podem ser usadas individualmente ou em combinação:
- a parte de acoplamento macho define internamente uma rosca interna que é complementar com a seção rosqueada do elemento de aparafusamento e é aberta na superfície de contato convexa da cabeça,
- a parte de acoplamento macho compreende um tronco tendo uma extremidade conectada na cabeça, formando um ressalto,
- os recursos de retenção são formados por uma pluralidade de projeções flexíveis elasticamente deformáveis se projetando da periferia da abertura para o seu centro e tendo um espaçamento angular predeterminado, as ditas projeções definindo um círculo cujo diâmetro é menor do que o diâmetro da borda externa do ressalto,
- a extremidade livre de cada projeção flexível tem um chanfro direcionado para o interior da sede,
- a porca de aperto e/ou a base do suporte é obtida pela moldagem de um material plástico.
Breve Descrição dos Desenhos
Outras vantagens e características surgirão mais claramente a partir da descrição seguinte de uma modalidade particular da invenção, fornecida como um exemplo não restritivo e representada nos desenhos em anexo, nos quais:
- a figura 1 é uma vista em corte axial de um dispositivo de montagem exemplar de acordo com a invenção;
- a figura 2 ilustra em detalhes, em corte axial, a base do suporte e a porca de aperto do dispositivo da figura 1 no estado pré-montado;
- a figura 3 é uma vista em perspectiva do dispositivo da figura 1 sem o elemento estrutural;
- a figura 4 é uma vista em corte axial de um segundo dispositivo de montagem exemplar de acordo com a invenção.
Descrição de uma Modalidade Preferida da Invenção
Com referência às figuras 1 a 3, o primeiro dispositivo de montagem exemplar de acordo com a invenção permite a montagem de um elemento estrutural 10 e uma placa 11.0 dispositivo de montagem compreende um elemento de aparafusamento 12, tal como um pino, montado perpendicularmente no elemento estrutural 10 por soldagem. O elemento de aparafusamento 12, assim, é integral com e saliente do elemento estrutural 10. Em uma variação não mostrada e quando o elemento estrutural 10 permite uma tal disposição, o elemento de aparafusamento 12 pode ser um parafuso com uma cabeça que encosta contra o elemento estrutural 10 na face oposta dessa que encosta contra a placa 11.
Em todos os casos, o elemento de aparafusamento 12 tem uma seção rosqueada 13 planejada para cooperar com uma porca de aperto 15. O elemento de aparafusamento 12 passa axialmente através de uma abertura vazada 14 fornecida na placa 11 e se projeta da placa 11, em tal maneira de modo a possibilitar que a porca de aperto 15 seja deslizada sobre a extremidade livre do elemento de aparafusamento 12 até que ela possa ser girada para engate com as roscas da seção rosqueada 13. Na figura 1, a porca de aperto 15 é helicoidalmente montada na seção rosqueada 13 do elemento 12. O ajuste da força compressiva da base 16 na placa 11 é efetuado ajustando o torque de aperto aplicado na porca de aperto 15.
O elemento de aparafusamento 12 tem um eixo geométrico de revolução D. As figuras 1 e 2 mostram um primeiro dispositivo de montagem exemplar em corte axial, isto é, ao longo de um plano de corte que abrange o eixo geométrico D. O eixo geométrico D também corresponde com o eixo geométrico de aparafusamento da porca de aperto 15 no elemento 12.
O dispositivo de montagem das figuras 1 a 3 também compreende uma base do suporte 16 para distribuir as forças compressivas aplicadas na placa 11. A base do suporte 16 é livremente montada de maneira deslizante no elemento de aparafusamento 12 abaixo da porca de aperto 15. A base do suporte 16, assim, é colocada entre a porca de aperto 15 e a placa 11.
O eixo geométrico D também corresponde com a direção da força de compressão aplicada na base do suporte 16 pela porca de aperto 15. Quando existe uma carência de perpendicularidade entre o eixo geométrico de revolução D e a placa 11, a força de compressão aplicada pela porca de aperto 15 na base do suporte 16 não é perpendicular à placa 11. Para garantir que a base do suporte 16 aplique as forças compressivas perpendiculares à placa 11a despeito da carência de perpendicularidade do eixo geométrico D, o dispositivo de montagem inclui recursos de suporte orientáveis para a porca de aperto 15 na base do suporte 16. Esses recursos de suporte permitem o movimento relativo da base do suporte 16 em relação à porca de aperto 15. Os recursos de suporte orientáveis serão entendidos a partir de uma leitura dos parágrafos seguintes.
A porca de aperto 15 compreende um elemento atuador 17, do qual uma parte de acoplamento macho 18 se estende para a base do suporte 16. O elemento atuador 17 é planejado para transmitir um torque de aperto para a porca de aperto 15. Recursos de manipulação são fornecidos para essa finalidade no elemento atuador 17, desde que, no exemplo, a porca de aperto 15 é fornecida para ser manipulada a mão: o elemento atuador 17 compreende um corpo cilíndrico 19 e duas barbatanas 20 estendidas radialmente de maneira projetada da face externa do corpo cilíndrico 19. O corpo cilíndrico 19 define internamente uma cavidade 23 que é aberta na extremidade oposta da parte de atuação macho 18 e é fechada por um fundo 24 na extremidade adjacente à parte macho 18.
A parte de acoplamento macho 18 é integral com a porca de aperto 15 e compreende um tronco em formato de cone truncado 21 que é disposto coaxialmente com o corpo cilíndrico 19. Dessa maneira, o tronco 21 é formado por uma parede em formato de cone truncado que define nas suas extremidades um círculo de diâmetro menor e um círculo de diâmetro maior. O círculo de diâmetro menor é unido no fundo 24. A junção entre o tronco 21 e o elemento atuador 17 é produzida para fora com um filete 25 tendo uma borda encurvada para limitar o fenômeno da concentração do estresse.
O círculo de diâmetro maior, para sua parte, é unido em uma cabeça 22 tendo uma forma de revolução. A cabeça 22 possui uma superfície de contato convexa esfericamente formada 26 que é planejada para confrontar a base do suporte 16. A periferia da superfície convexa 26 é unida na periferia externa de uma superfície planar anularmente formada, cuja periferia interna é unida no círculo de diâmetro maior do tronco 21. Em outras palavras, o tronco 21 tem uma extremidade conectada na cabeça 22, formando um ressalto 27 constituído pela superfície anular planar. A periferia externa dessa superfície anular planar constitui a borda externa do ressalto 27.
Além disso, a parte de acoplamento macho 18 define internamente uma rosca interna 28, uma extremidade da qual é aberta na superfície de contato convexa 26 e a extremidade oposta na cavidade 23. A rosca interna 28, assim, passa através da cabeça 22, tronco 21 e fundo 24, estendida ao longo do eixo geométrico de revolução desses três elementos. Em uma variação não mostrada, pode ser provido que a rosca interna 28 seja aberta somente na extremidade adjacente à superfície de contato convexa 26. As características da rosca interna 28 são complementares a essas da seção rosqueada 13 em relação ao tamanho da rosca e diâmetro nominal.
Com referência agora à base do suporte 16, essa compreende um anel rígido 29 que é planejado para encostar contra a placa 11a fim de transmitir as forças compressivas. A face oposta do anel rígido 29 da placa 11 suporta uma sede do acoplamento 30 de forma substancialmente hemisférica. Em outras palavras, a sede do acoplamento 30 é integral com a base do suporte 16. A sede do acoplamento 30 define uma cavidade 31, formando uma abertura 32 que confronta a porca de aperto 15. A sede do acoplamento 30 é fornecida internamente com uma superfície de contato côncava esfericamente formada 33 que é planejada para confrontar a porca de aperto 15. A superfície de contato côncava 33 é complementar em forma com a superfície de contato convexa 26. O centro da superfície de contato côncava 33 é penetrada por um orifício 34. Um mancai 35 se estende da periferia do orifício 34 para a placa 11, isto é, na direção oposta da cavidade 31. A extremidade livre do mancai 35 é coplanar com a face do anel rígido 29 que é pia7 nejada para encostar contra a placa 11.
Uma pluralidade de projeções flexíveis elasticamente deformáveis 36 se projeta da periferia da abertura 32 para o centro da abertura 32. Essas projeções flexíveis 36 são quatro em número no exemplo ilustrado e são distribuídas ao redor da abertura 32 com um espaçamento angular predeterminado. O número e a distribuição das projeções flexíveis podem, contudo, variar. As projeções flexíveis 36 são radiais e suas extremidades livres definem um círculo cujo diâmetro é menor do que o diâmetro da borda externa do ressalto 27.
As projeções flexíveis 36 possuem a capacidade de flexionar na direção axial da sede do acoplamento 30 para uma extensão muito maior em uma direção do que na outra. Mais precisamente, as projeções 36 são capazes de flexionar para a cavidade 31 muito mais facilmente do que na direção do exterior da sede 30. É até mesmo possível que as projeções 36 tenham somente a capacidade de flexão unidirecional.
Quando o operador deseja executar a montagem do elemento estrutural 10 e da placa 11 usando o dispositivo de montagem acima descrito, a base do suporte 16 e a porca de aperto 15 são primeiro pré-montadas uma na outra. A parte de acoplamento macho 18 é inserida axialmente através da abertura 32 e adiante para dentro da cavidade 31 definida pela sede do acoplamento 30 (figura 2). Essa operação é iniciada trazendo a superfície de contato convexa 26 da cabeça 22 para contato com as projeções flexíveis 36. O movimento de inserção axial da parte de acoplamento macho 18 para a sede do acoplamento 30 então faz com que as projeções flexíveis 36 flexionem para a cavidade 31 pela deformação elástica, tal que as suas extremidades livres se movem axialmente para longe da abertura 32. Desde que as projeções 36 são conectadas nas suas extremidades opostas na periferia da abertura 32, esse movimento de flexão das projeções 36 é acompanhado por uma expansão das extremidades livres na direção radial até que elas definem um círculo cujo diâmetro é maior do que o diâmetro da borda externa do ressalto 27.
Quando a parte de acoplamento macho 18 é inserida completa8 mente, a cabeça 22 fica inteiramente localizada dentro da cavidade 31 da sede do acoplamento 30. A elasticidade das projeções flexíveis 36 faz com que, automaticamente, cada uma das ditas projeções 36 retorne para sua configuração natural. As extremidades livres das projeções 36 novamente definem um círculo cujo diâmetro é menor do que o diâmetro da borda externa do ressalto 27, as projeções 36, assim, servindo para reter a cabeça 22 na sede do acoplamento 30: caso a tração axial seja exercida na porca de aperto 15 em relação à base do suporte 16, o ressalto 27 da cabeça 22 encostará contra as projeções 36. Em outras palavras, as projeções flexíveis 36 constituem os recursos de retenção que equipam a abertura 32 e automaticamente imobilizam a parte de acoplamento macho 18 na sede 30 depois que a cabeça 22 foi inserida na sede 30 através da abertura 32. Dada essa função de retenção das projeções 36, uma pessoa pode entender a importância que as projeções 36 possuam pouca ou nenhuma capacidade de flexionar na direção axial para o exterior da sede 30. Se uma tal capacidade é concedida, a base do suporte 16 pode ser separada da porca de aperto 15 submetida à liberação de uma força de tração axial muito alta, impedindo qualquer risco de separação final e acidental (frase exatamente assim).
Para facilitar o engate da cabeça 22 através da abertura 32 equipada com os recursos de retenção precedentes, é possível propiciar que a extremidade livre de cada projeção flexível 36 tenha um chanfro direcionado para o interior da sede do acoplamento 30, isto é, na direção da cavidade
31. Tais chanfros também garantem o posicionamento apropriado (centralização) da cabeça 22 na abertura 32 durante a pré-montagem da porca de aperto 15 e da base do suporte 16.
A base do suporte 16 e a porca de aperto 15, assim, são prémontadas na configuração da figura 2. Quando o operador deseja executar a montagem por si do elemento estrutural 10 e placa 11, a placa 11 é colocada em contato com o elemento estrutural 10 em tal maneira que o elemento de aparafusamento 12 se estende através da abertura vazada 14. A placa 11 é normalmente integral com uma parte (não mostrada) que é para ser monta9 da com o elemento estrutural 10 em uma área onde a placa 11 dessa parte fica sobreposta no elemento estrutural 10.
A montagem formada pela base do suporte 16 e a porca de aperto 15 no estado pré-montado é então colocada junto com a extremidade livre do elemento de aparafusamento 12, a base do suporte 16 sendo engatada primeiro. Durante essa operação, o elemento de aparafusamento 12 é inserido através do orifício 34 e abertura 32. Essa montagem é transladada ao longo do elemento de aparafusamento 12 até que ela seja capaz de engatar a rosca interna 28 da porca de aperto 15 sendo aparafusada nas roscas da seção rosqueada 13. Na figura 1, a porca de aperto 15 é helicoidalmente montada na seção rosqueada 13 do elemento 12, e a base do suporte 16, já pré-montada com a porca de aperto 15 na maneira indicada acima, é colocada entre a placa 11 e a porca de aperto 15. O elemento de aparafusamento 12 abre na cavidade 23.
Como uma alternativa ao aperto manual, pode ser providenciado que o elemento atuador 17 tenha uma forma interna ou externa que possibilite que ele coopere com uma ferramenta atuadora (uma chave de fenda, uma chave inglesa de extremidade aberta ou cabeça hexagonal ou similares, uma ferramenta de força externa, etc.) que transmite o torque de aperto para a porca de aperto 15.
O aperto da porca de aperto 15, durante o qual o ressalto 27 é retido pelas projeções 36 contra o efeito da gravidade, serve, em uma fase inicial, para colocar o anel rígido 29 em contato contra a placa 11. Essa operação de aperto continua até que a superfície de contato convexa 26 da cabeça 22 entre em contato com a superfície de contato côncava 33 da sede do acoplamento 30. A força de compressão aplicada pela porca de aperto 15 é, logo após, transmitida pela superfície convexa 26 da cabeça 22 para a base do suporte 16 ao nível da superfície côncava 33. Essa força de pressão aplicada na superfície côncava 33 faz com que as forças compressivas sejam exercidas na placa 11 pela base do suporte 16. O ajuste da força compressiva exercida pela base 16 na placa 11 e assim pela placa 11 no elemento 20 é realizado ajustando o torque de aperto aplicado na porca de a10 perto 15.
A figura 1 representa um primeiro dispositivo de montagem exemplar, no qual o eixo geométrico D do elemento de aparafusamento 12 é perpendicular à placa 11. A figura 4 ilustra um segundo exemplo, no qual o eixo geométrico D do elemento de aparafusamento 12 faz um ângulo φ com a normal à placa 11. Nesse exemplo, em uma fase inicial durante o aperto da porca de aperto 15, somente um lado (o lado esquerdo, no caso do anel rígido 29 da figura 4) do anel rígido 29 da base do suporte 16 pré-montado antecipadamente com a porca 15 entra em contato com a placa 11. Desse momento em diante, o aperto da porca 15 no elemento 12 transmite para a base do suporte 16 uma força de compressão (vide setas F1 na figura 4) direcionada ao longo do eixo geométrico D, que é inclinado por um ângulo φ. Durante o processo de aperto, isso ocasiona o movimento relativo de junta de esfera da base do suporte 16 em relação à porca de aperto 15. Esse movimento da base do suporte 16 é um resultado do deslizamento da superfície de contato côncava 33 em relação à superfície de contato convexa 26, e é acompanhado pelo fechamento da distância entre o anel rígido 29 e a placa 11. Quando a porca de aperto 15 tiver sido apertada completamente (vide figura 4), todo o anel rígido 29 fica em contato com a placa 11.
Nessa configuração do dispositivo de montagem, a força de compressão F1 aplicada pela porca de aperto 15 na base do suporte 16 é inclinada por um ângulo φ da normal à placa 11, enquanto que as forças compressivas (vide setas F2 na figura 4) aplicadas pela base do suporte 16 na placa 11 são paralelas à normal à placa 11. A força de compressão F1 aplicada pela porca de aperto 15, assim, é inclinada por um ângulo φ em relação às forças compressivas F2 aplicadas pela base do suporte 16.
Com base no precedente, o dispositivo de montagem, compreendendo o elemento de aparafusamento 12, porca de aperto 15 e base do suporte 16, compreende adicionalmente os recursos de suporte orientáveis para a porca de aperto 15 na base do suporte 16, cujos recursos são constituídos por;
- uma parte de acoplamento macho 18 integral com a porca de aperto 15 e fornecida com uma cabeça 22 tendo uma superfície de contato convexa esfericamente formada 26;
- uma sede do acoplamento 30 integral com a base do suporte 16 e fornecida com uma superfície de contato côncava 33 tendo uma forma esférica complementar com a dita superfície convexa 26;
- recursos de retenção (projeções flexíveis 36) equipando uma abertura 32 na sede do acoplamento 30 e automaticamente imobilizando a parte de acoplamento macho 18 na sede do acoplamento 30 depois que a cabeça 22 foi inserida na sede do acoplamento 30 através da dita abertura
32.
Esses recursos de suporte orientáveis para a porca de aperto 15 na base do suporte 16 garantem automaticamente que durante o aperto da porca 15, um ângulo seja formado entre a força de compressão F1 aplicada pela porca 15 e as forças compressivas F2 aplicadas pela base 16 que é igual à inclinação φ do eixo geométrico de revolução D do elemento de aparafusamento 12 em relação à normal à placa 11. Essa operação automática garante que as forças compressivas F2 aplicadas pela base do suporte 16 sejam uniformes e perpendiculares à placa 11, compensando qualquer carência angular de perpendicularidade do eixo geométrico D em relação à placa 11.
Além do mais, os recursos de retenção tornam possível que a base do suporte 16 seja entregue pré-montada com a porca de aperto 15 antes da montagem por si da placa 11 no elemento estrutural 10. A base do suporte 16, assim, fica inseparável da porca de aperto 15. O operador que executa a montagem da placa 11 no elemento 10 pode, portanto, colocar a base do suporte 16 e a porca de aperto 15 no elemento de aparafusamento 12 simultaneamente, em uma operação única. A vantagem desse método é simplificar as linhas de montagem finais, que são geralmente de maior custo.
A produção de uma porca de aperto 15 do tipo acima descrito é simplificada em que a função de orientação do suporte é atribuída para a parte de acoplamento macho 18, da qual essa é a única função. Essa função pode ser opcionalmente separada da função de aperto, isto é, as áreas as12 sociadas com essas duas funções podem ser separadas uma da outra e conectadas pelo tronco 21.
Finalmente, de maneira vantajosa porém não restritiva, a porca de aperto 15 e/ou a base do suporte 16 é obtida pela moldagem de material plástico ligeiramente elástico, aumentando ainda mais a facilidade de produ-