BRPI0909974B1 - porca com auto-retenção. - Google Patents
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Description
Porca com auto-retenção.
A presente invenção refere-se, em geral, a uma porca com auto-retenção do tipo que tem uma extremidade cilíndrica comprimida por uma mola helicoidal.
São conhecidos diferentes tipos de porcas com autoretenção.
Por exemplo, a Patente US 4 893 977 descreve uma porca com auto-retenção, onde são providas fendas no formato de um V” ou de um “U” na extremidade cilíndrica, ditas fendas sendo dispostas para serem comprimidas de modo 10 elástico por uma mola helicoidal externa que opera de modo radial.
A Patente US 5 160 227 descreve uma porca com autoretenção, do tipo acima citado, onde, para melhorar os desempenhos da corrosão por tensão e para possibilitar o uso em temperaturas acima de 250 ° C, é provido que a mola helicoidal seja feita de aço de mola inoxidável, tal como o assim chamado aço A I S I 320 15 (American Iron and Steel Institute).
O Solicitante notou que, em geral, como resultado da evolução tecnológica de diferentes dispositivos em termos dê aumento de velocidade de partes móveis, aumento de vibrações de tais partes, e aumento das temperaturas de operação, há uma demanda crescente para porcas que tem, em particular, alto torque de 20 frenagem quando desmontadas (torque de frenagem para o desparafusar da porca) ~ para uso tanto em temperatura ambiente como em altas temperaturas.
As porcas conhecidas, nas quais a mola é feita de aço para mola inoxidável, tal como o aço A I S I 320, então tendo um torque de frenagem muito alto na sua primeira retirada (primeiro desparafusar da porca), mostra, como mostrado 25 nas figuras 1 e 2 (correspondendo ao uso em temperatura ambiente, por exemplo, desde - 50 ° C até 100 0 C) e nas figuras 3 e 4 (correspondendo ao uso em alta temperatura, por exemplo, desde 300 °C até 400 °C), uma degradação progressiva das realizações ou medições de torque de frenagem em Newton por metro ( N m ) quando o número de ciclos de parafusar/desparafusar; aumenta, com a conseqüência de que seu reuso é 30 substancialmente não muito confiável.
Nas fig. 1 e 2, são mostrados, respectivamente, valores de torque de frenagem (torque para parafusar) para a montagem e para a desmontagem conforme medidos em testes, em temperatura ambiente, em 35 ciclos de parafusar/desparafusar; em duas amostras de porcas (M 12) e (M 16).
Nas fig. 3 e 4, são mostrados, respectivamente, valores de torque de frenagem (torque para parafusar) para a montagem e para a desmontagem conforme medidos em testes, em alta temperatura, em 35 ciclos de parafusar/ desparafusar; em duas amostras de porcas (M 12) e (M 16).
2/6
Como fica evidentemente claro a partir dos valores, as porcas conhecidas não possibilitam ir de encontro aos requisitos para manter constantes e altos os desempenhos das porcas, em termos de frenagem, em particular naqueles contextos tecnológicos nos quais as porcas precisam ser re-usadas de modo seguro 5 sobre as partes, assim chamadas partes de desgaste, que requerem um alto número de trocas no período de vida dos dispositivos dos quais as porcas fazem parte.
Um exemplo de tal uso pode ser uma parte de desgaste para um veículo no qual ela é provida após cada troca da parte consumida, a nova parte montada mantém uma alta confiabilidade de operação.
Este problema, é claro, existe tanto para o uso em temperatura ambiente (fig. 1 e 2) como para o uso em alta temperatura (fig. 3 e 4).
O Solicitante notou que, substancialmente, como resultado da evolução tecnológica, na prática corrente, as porcas conhecidas, quando aplicadas, em particular, para partes de desgaste de aperto, envolvem o problema que a troca das 15 partes consumidas está também associado necessariamente à troca das porcas, para se evitar o risco de degradação de desempenho das próprias porcas.
_ . Por isso,-existe o problema técnico de'evitar a substituição das porcas seguindo, por exemplo, as operações de manutenção sobre as partes de desgaste porque a substituição das porcas envolve tanto altos custos de manutenção 20 como perdas de material; este último é um problema, já que. ao qual a sensibilidade do' mercado tem crescido, em uma ótica quanto à limitação na exploração dos recursos energéticos.
O objetivo da porca que é o sujeito da presente invenção é o de prover uma porca que, enquanto mesmo mantendo a estrutura das porcas 25 conhecidas, possibilita, com custos limitados de material, a se obter as vantagens de:
- operação em temperatura ambiente e em temperaturas elevadas, por exemplo, ao menos, acima de 300° C;
- garantia de, em todas as condições, torques de frenagem de desparafusar; com um fator aproximadamente 2 maior, em relação às porcas conhecidas;
- garantia de substancial invariabilidade nos torques de frenagem no parafusar/ desparafusar, para um mais alto número de ciclos de parafusar/desparafusar; por exemplo, para ao menos 30 ciclos de parafusar/desparafusar.
Este objetivo é alcançado por meio da porca com autoretenção melhorada e o correspondente processo de fabricação conforme a reivindicação 35 anexa.
As reivindicações são uma parte integrante dos ensinamentos da presente invenção.
De acordo com uma configuração preferida, a porca com
3/6 auto-retenção compreende um colar superior com rosca que tem fendas longitudinais, em formato de um V ou de um U, também com bordas afiadas, definindo no próprio colar uma pluralidade de segmentos de arco circulares comprimidos e uma mola helicoidal externa disposta para comprimir os segmentos, e feita de aço inoxidável com 5 endurecimento por precipitação.
De acordo com mais uma configuração da porca de acordo com a presente invenção, a mola é feita de aço inoxidável com endurecimento por precipitação do tipo semi-austenítico.
Estas e mais outras configurações e vantagens da presente invenção aparecem de modo mais claro a partir da descrição detalhada seguinte de uma configuração preferida, provida por meio de exemplo não limitativo, com referência nos desenhos anexos, nos quais componentes designados com o mesmo ou similar numeral de referência indica componentes que tem a mesma ou similar funcionalidade e estrutura, e onde:
- a Figura 1 (arte anterior) mostra valores de torque de frenagem em Newton por metro (N m) medidos sob crescente número de ciclos de parafusar/desparafusar; e os valores referem-se a testes de uso em temperatura ambiente de duas ãmõstrás de“pÕrca M 12 de tipo conhecido;
- a Figura 2 (arte anterior) mostra valores de torque de frenagem em Newton por metro (N m medidos sob crescente número de ciclos de parafusar/desparafusar; e os valores “ referem-se a testes de uso em temperatura ambiente de duas amostras de porca M 16 de tipo conhecido;
- a Figura 3 (arte anterior) mostra valores de torque de frenagem em Newton por metro (N m) medidos sob crescente número de ciclos de parafusar/desparafusar; e os valores 25 referem-se a testes de uso em alta temperatura de duas amostras M 12 de porca de tipo conhecido;
- a Figura 4 (arte anterior) mostra valores de torque de frenagem em Newton por metro (N m) medidos sob crescente número de ciclos de parafusar/desparafusar; e os valores referem-se a testes de uso em alta temperatura de duas amostras M 16 de porca de tipo conhecido;
- a Figura 5 mostra uma vista em perspectiva de uma porca de acordo com a invenção;
- a Figura 6 mostra valores de torque de frenagem em Newton por metro (N m) medidos sob crescente número de ciclos de parafusar/desparafusar; e os valores referem-se a testes de uso em temperatura ambiente de duas amostras de porca M 12 de acordo com a invenção;
- a Figura 7 mostra valores de torque de frenagem em Newton por metro (N m) medidos sob crescente número de ciclos de parafusar/desparafusar; e os valores referem-se a testes de uso em temperatura ambiente de duas amostras de porca M 16 de acordo
4/6 com a invenção;
- a Figura 8 mostra valores de torque de frenagem em Newton por metro (N m) medidos sob crescente número de ciclos de parafusar/desparafusar; e os valores referem-se a testes de uso em alta temperatura de duas amostras M 12 de porca de acordo com a invenção; e
- a Figura 9 mostra valores de torque de frenagem em Newton por metro (N m) medidos sob crescente número de ciclos de parafusar/desparafusar; e os valores referem-se a testes de uso em alta temperatura de duas amostras M 16 de porca de acordo com a invenção.
Com referência na fig. 5, uma porca (1) de acordo com a presente invenção é disposta para ser parafusada sobre uma haste com rosca, não mostrada na figura, dentro da própria porca e ser disposta, por exemplo, para apertar partes de desgaste de dispositivos.
A porca tem uma estrutura de tipo conhecido e compreende um colar (3) sobre o qual uma mola (5) helicoidal é enrolada, e operante com pressão radial sobre o colar (3) e, através deste, sobre a haste com rosca sobre a qual a porca é aplicada. _ .
A estrutura da porca (1) compreende uma pluralidade de fendas (7), preferentemente em forma de um “U”, providas no próprio colar (3).
Obviamente, as fendas, ,em outras-configuraçõesr podem * ser de formato V” ou “U” com bordas afiadas.
As fendas (7) formam sobre o colar (3) uma pluralidade de segmentos (9) de arco circulares que tem uma pequena aba (11) superior externa.
Na configuração preferida, um assento (13) oco é provido sobre a face superior da estrutura da porca (1); um tal assento aloja uma mola (5) helicoidal que é enrolada ao redor do colar (3) e é disposta para comprimir no modo radial os segmentos (9) que por sua vez são dispostos para exercer uma certa pressão ou força contra a haste com rosca sobre a qual a porca (1) é parafusada.
Em uso, a mola é preferentemente montada em uma posição oposta à parte à qual a porca é apertada, por exemplo, uma parte de desgaste, através do que, como é facilmente compreensível por uma pessoa experiente na arte, a mola é submetida, tipicamente, a temperaturas menores do que aquelas atingidas pelas partes apertadas.
A mola helicoidal, projetada de acordo com parâmetros dimensionais dirigidos a atingir pré - determinados valores de torque de frenagem, é feita de arame que tem diferentes diâmetros dependendo das dimensões da porca.
Na configuração preferida, a mola (5) é feita de aço inoxidável com endurecimento por precipitação, também chamado de (endurecimento por
5/6 precipitação, ou seja, precipitation hardeninq) aço P H, no qual é provida a presença de compostos para endurecimento, ou elementos solúveis a altas temperaturas, tal como alumínio ou compostos de alumínio.
Mais preferentemente, a mola é feita de aço P H do tipo 5 semi-austenítico, tal como o aço PH 17-7, também nomeado como aço A I S I 631 .
Preferentemente o processo de fabricação de molas (5) prevê que hastes de arame, ou barras de fundição de seção laminada feitas de aço P H, sejam dimensionadas, ou seja, dimensionadas ao diâmetro provido para o arame as molas, através de uma ou mais etapas de estiramento e recozimento intermediário. Em 10 tal etapa, são obtidos arames feitos de aço P H, de dimensões pré-determinadas.
Ao final desta etapa, o arame é enrolado com diâmetros de dimensões pré - determinadas que dependem dos parâmetros de projeto, e cortado em comprimentos para algumas voltas, por exemplo, duas voltas, para que se atinjam valores pré-determinados de torque de frenagem.
Em uma última etapa as molas helicoidais assim formadas são submetidas a um tratamento de estabilização, preferentemente do tipo térmico, e montadas na estrutura da porca de modo a fazer a porca de acordo com a invenção.
O Solicitante notou, por um modo experimental, por exemplo, conduzindo testes com molas feitas de aço do tipo P H 17-7, que porcas 20 feitas pelo uso de aço inoxidável com endurecimento por,precipitação mostram altos torques de frenagem na desmontagem, mesmo para ciclos repetidos de parafusar/desparafusar, por exemplo, ao menos 30 ciclos. _______________
--------------------------- Em particular, o Solicitante notou que sob ciclos repetitivos de parafusar/desparafusar; as configurações de torque de frenagem permanecem 25 constantes, tanto no caso de uso em temperatura ambiente, por exemplo, temperaturas compreendidas entre - 50 ° C e 100 0 C, e em temperatura elevada, por exemplo, em temperaturas compreendidas entre 300 °C e 400 °C.
Em resumo, o Solicitante notou uma alta constância de aspectos do torque de frenagem, sob ciclos repetidos de parafusar/desparafusar em 30 temperaturas compreendidas entre - 50 0 C e 400 ° C, através do que as porcas de acordo com a invenção são particularmente convenientes em contextos nos quais é requerido um seu reuso confiável.
Como exemplo e para fins de clareza, são mostradas nas fig. 6, 7, as configurações 8 e 9 de torque de frenagem de amostras de porcas tendo uma 35 estrutura substancialmente idêntica àquela das porcas das fig. 1, 2, 3 e 4 de acordo com a arte anterior.
Os testes experimentais com as porcas de acordo com a invenção foram conduzidos tanto por meios de testes em temperatura ambiente (fig. 6 e
6/6
7) como por meios de testes nos quais as porcas foram forçadas termicamente por aquecimento até aproximadamente 300 0 C (fig. 8 e 9) em um modo equivalente aos testes conduzidos com porcas de acordo com a arte anterior (fig. de 1 até 4).
Os testes foram conduzidos com porcas M 12 (fig. 6 e 8) e 5 M 16 (fig. 7 e 9).
Em todos os casos, os valores foram medidos em repetidos ciclos de parafusar/desparafusar (35 ciclos).
Como é facilmente compreensível por uma pessoa experiente na arte, é possível inferir-se dos valores acima, por exemplo por comparação 10 dos valores mostrados nas fig. 1, 2, 3 e 4 relacionados com as porcas de acordo com a arte anterior com os valores mostrados nas fig. 6, 7, 8, 9 relacionados com as porcas de acordo com a invenção, que os torques de frenagem, no caso de uso das molas de acordo com a invenção, são aproximadamente melhores com um fator de 2 do que aqueles das porcas de acordo com a arte anterior, e, acima de tudo, substancialmente 15 constantes sob números crescentes de ciclos de parafusar/desparafusar.
Graças à invenção é por isso possível usar várias vezes, e sem riscos, a porca de acordo com a invenção em partes de desgaste que'requerem um âlto número de trocas em seu período de vida sem relação se a porca é usada em partes que trabalham em baixa ou alta temperatura.
É claro que modificações e/ou variações- óbvias-são possíveis na descrição acima, com relação a dimensões, formatos e componentes, assim como em detalhes da estrutura descrita e método de operação. sem gue_se_fuja do-----____escopo da invenção-como definidã pelas reivindicações que seguem anexas.
Claims (6)
1. Porca com auto-retenção (1) compreendendo um colar (3) superior com rosca provido de fendas (7) longitudinais, sendo em formato de um V ou de um U, também com bordas afiadas, definindo no colar uma pluralidade de segmentos
5 (9) de arco circulares comprimidos por uma mola (5) helicoidal externa, ditas fendas tendo um tamanho tal que não permitem o contacto mútuo dos ditos segmentos (9) de arco circulares, caracterizada pelo fato de:
- dita mola ser feita de aço inoxidável com endurecimento por precipitação.
2. Porca, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada 10 pelo fato de dita mola compreender, como elemento de endurecimento de dito aço, alumínio ou um seu composto compreendendo alumínio.
3. Porca, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de dita mola ser feita de aço inoxidável com endurecimento por precipitação do tipo semi-austenítico.
15
4. Método para a fabricação de uma porca com autoretenção caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:
- fabricação de uma estrutura (1) para porca compreendendo um colar (3)'superior com rosca tendo o formato de um V ou de um U, também com bordas afiadas, definindo no colar uma pluralidade de segmentos (9) de arco circulares dispostos para serem
20 comprimidos por uma mola (5) helicoidal externa;
. - manufatura da mola (5) helicoidal com aço inoxidável com endurecimento por precipitação; ____________________ ___7 montagem_da-mola (5)-na estrutUfaRT) dá porca.
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado 25 pelo fato da etapa de manufatura de dita mola helicoidal compreender as etapas de:
- obtenção de um arame de pré-determinado diâmetro a partir de hastes de arame ou barras de seções laminadas feitas com aço inoxidável com endurecimento por precipitação por meio de uma ou mais etapas de estiramento e recozimento;
- enrolar o arame em um pré-determinado diâmetro;
30 - corte do arame enrolado de acordo com um pré-determinado comprimento para a obtenção de dita mola (5) helicoidal.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato da etapa de manufatura de dita mola helicoidal ainda compreender a etapa de:
- submissão de dita mola a um tratamento de estabilização.
35 7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato da etapa de manufatura de dita mola helicoidal ainda compreender a etapa de:
- submissão de dita mola a um tratamento de estabilização do tipo térmico.
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