ES2314267T3 - Sistema de amarre para amarres de engarce con movimiento de atraccion con mandril desmontable. - Google Patents
Sistema de amarre para amarres de engarce con movimiento de atraccion con mandril desmontable. Download PDFInfo
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Abstract
Un sistema de sujeción que incluye un sujetador de dos piezas para fijar varias piezas de trabajo (18, 20) juntas y una herramienta de instalación para instalar el sujetador. El sujetador incluye un pasador (12) y un anillo tubular (14); dicho anillo (14) posee un vástago de anillo (42) generalmente recto adaptado para ensamblarse en los surcos de bloqueo (26) de dicho pasador (12) en respuesta a una fuerza axial relativa o carga de compresión que aplica dicha herramienta de instalación entre dicho pasador (12) y dicho anillo (14). Esto proporciona la magnitud deseada de carga de sujeción en las piezas de trabajo (18, 20) en respuesta a una magnitud de carga de compresión predeterminada. Dicho pasador (12) posee un vástago de pasador alargado (15) que está adaptado para colocarse en aberturas alineadas (16, 17) en las piezas de trabajo (18, 20) y que termina, en uno de sus extremos, en un cabezal alargado (22) adaptado para enganchar una superficie en uno de los lados de las piezas de trabajo (18, 20) y, en el extremo opuesto, en una sección ranurada adaptada para extenderse más allá de una superficie opuesta en el lado contrario de las piezas de trabajo (18, 20). Dicha sección ranurada consiste en una parte de bloqueo que posee una pluralidad de dichos surcos de bloqueo (26) caracterizados por tener ranuras de pasador que se extienden circunferencialmente y por tener rebordes de pasador asociados que terminan en crestas de pasador (38a-38g). Dichos surcos de pasador poseen un grosor efectivo Wr relativo al grosor efectivo W de las crestas (38a-38g), donde la separación de las crestas (38a-38g) y los surcos varía de la más larga en la primera cresta (38a) y surco en el extremo externo del vástago de pasador (15) a la más corta en la última cresta (38g) y surco. Cada una de dichas ranuras del pasador posee una base alargada con contorno generalmente liso. Dicho vástago del anillo (14) está adaptado para ensamblarse en dichos surcos de bloqueo (26), mediante los cuales las piezas de trabajo (18, 20) se fijan juntas para definir la unión. Cuando se ensambla dicho anillo (14), los surcos y rebordes del anillo (14) deben engranar dichos surcos y rebordes del pasador. Dicho vástago del pasador (15) posee una cavidad de tracción roscada (29) en su extremo externo. Dicha herramienta de instalación posee un yunque con una cavidad de compresión (29) que cuenta con una sección de compresión de entrada efectiva y adaptada para sobreenganchar dicho vástago de anillo (42) y, de ese modo, ensamblarlo radialmente dentro de dichos surcos de bloqueo (26) y conectarlo eficazmente a un mandril (30). El mandril posee una biela de conexión roscada (36) adaptada para que pueda enroscarse en las roscas de dicha cavidad de tracción (29), y gracias a esto puede aplicarse la fuerza axial relativa entre dicho pasador y dicho anillo (14) mediante el uso de dicho yunque y dicho mandril (30) para ensamblar dicho vástago de anillo (42) en dichos surcos de bloqueo (26). Dicha parte de la biela de conexión (36) puede desenroscarse de dicha cavidad de tracción (29) para retirarla de dicho vástago del pasador (15) una vez que finaliza el ensamblaje, que se caracteriza porque el grosor Wr de dichas ranuras del pasador es sustancialmente uniforme en dicha sección de bloqueo. El grosor W de dichas crestas (38a-38g) varía: el grosor W más largo se ubica en el extremo externo del vástago del pasador (15) y los grosores W siguientes son más cortos en los pasos preseleccionados. El grosor W de dichas crestas (38a-38g) en alineación radial con dicha cavidad de tracción (29) se selecciona con el fin de proporcionar la resistencia suficiente a dicho vástago del pasador (15) que se encuentra en el área de dicha cavidad de tracción (29) para evitar considerablemente la caída de dicho vástago del pasador (15) en dicha cavidad de tracción (29) a causa de la carga de compresión que provoca dicho vástago de anillo (42) en el ensamblaje. Dicho vástago del anillo (42) posee un volumen predeterminado de material que generalmente es mayor que el volumen disponible que definen dicha sección de compresión de entrada efectiva y la sección opuesta de dichos surcos de bloqueo (26) en las que se ensambla dicho vástago del anillo (42) y donde el material de dicho vástago del anillo (42) no engrana completamente en dicha base durante el ensamblaje, lo que provoca que no rellene por completo dichos surcos de bloqueo (26) después del ensamblaje. El vástago de dicho anillo (42) es lo suficientemente largo para permitir que una cantidad predeterminada de rebordes de dicho anillo (14) se engranen en una cantidad correspondiente de dichas crestas del pasador (38a-38g). Dicho vástago del anillo (42) posee un orificio atravesándole de un diámetro relativo al diámetro de cresta de dichas crestas del pasador (38a-38g) para proporcionar un espacio libre seleccionado antes de realizar el ensamblaje, lo que permite que se minimice la fuerza axial relativa para el ensamblaje.
Description
Sistema de amarre para amarres de engarce con
movimiento de atracción con mandril desmontable.
La presente invención se refiere a amarres de
engarce con movimiento de atracción en los cuales un collar se
engarza en ranuras de bloqueo en un pasador en respuesta a fuerzas
axiales relativas entre el pasador y el collar.
La presente invención se refiere a un sistema de
amarre para amarres de engarce con movimiento de atracción
incluyendo un pasador y un collar con el collar adaptado para ser
engarzado en el pasador con un mandril desprendiblemente asegurado
en el mango del pasador y adaptado para ser agarrado por una
herramienta de instalación para aplicar la Fuerza de atracción
axial relativa requerida entre el pasador y el collar para engarzar
el collar.
La presente invención se refiere a amarres o
cerrojos de engarce de dos piezas generalmente del tipo ilustrado
en la patente de los E.E.U.U. Nº 2.531.048 de L Huck, publicada el
21 de noviembre de 1950, y patente de los E.E.U.U. Nº 3.215.024 de
Brilmyer y otros publicada el 2 de noviembre de 1965; hay numerosos
otras variaciones de amarres de engarce tales como la patente de
los E.E.U.U. Nº 3.915.053 de J. Ruhl, publicada el 28 de octubre de
1975, patente de los E.E.U.U. Nº 4.472.096 de J. Ruhl y de R. Dixon,
publicada el 18 de septiembre de 1984 y la patente de los E.E.U.U.
Nº 5.090.852 de R. Dixon, publicada el 25 de febrero de 1992.
Un amarre de engarce típico incluye un pasador y
un collar con el mango del pasador con una sección de bloqueo con
ranuras de bloqueo y, con el de tipo atracción, el mango del pasador
termina con una sección de atracción con ranuras de atracción. Las
ranuras de atracción se adaptan para ser agarradas por dientes de
encaje en una garra del mandril de una herramienta de instalación
que tiene un yunque de engarce adaptado para engranarse con el
collar mediante el cual las fuerzas axiales relativas pueden ser
aplicadas entre el pasador y el collar para asegurar las piezas en
compacto bajo una fuerza de la abrazadera
pre-seleccionada. Según aumentan las fuerzas
axiales relativas para proporcionar la Fuerza deseada de la
abrazadera, la instalación se termina al obtenerse la magnitud de
fuerzas axiales relativas para mover el yunque sobre el collar para
engarzarlo en las ranuras de bloqueo. Aquí las fuerzas axiales
relativas son un esfuerzo de tensión en el pasador a través de las
garras del mandril y una carga completa en el collar a través del
yunque de engarce de la herramienta.
En amarres de engarce con movimiento de
atracción la sección de atracción se conecta típicamente con la
sección de la ranura de bloqueo por una muesca de acción rápida de
fuerza reducida que se adapta para fractura en una magnitud
pre-seleccionada de fuerza axial o de tensión mayor
que la requerida para engarzar el collar por lo cual la sección de
atracción, o cola del pasador, se cerciona del mango del pasador y
descartada después de completar el engarce. Ver las patentes
citadas anteriormente.
Además, con amarres que incluyen pasadores con
ranuras de atracción en una cola de pasador cercenable, la muesca
de acción rápida debe tener también de la suficiente fuerza como
para soportar el alto esfuerzo de tensión para engarzar y las
ranuras de atracción deben ser similarmente de la suficiente fuerza
como para aceptar la carga axial relativa de atracción aplicada por
los dientes engranados dedicados de las garras del mandril en la
herramienta de instalación. Esto requiere rutinariamente que la
sección de atracción sea de un diámetro relativamente grande para
poder tener suficiente material para proporcionar el tamaño y la
fuerza necesarios para la muesca de acción rápida y también para
evitar fracturar las ranuras de atracción en lugar de la muesca de
acción rápida. En aplicaciones aeroespaciales, los amarres se
fabrican con mucha frecuencia de un material ligero de alta
resistencia que puede ser algo costoso. Así, la cola del pasador
cercenable se agrega al coste total de cada amarre. Ciertos
sistemas se han desarrollado para amarres de engarce de atracción
en los cuales el pasador se embrida externamente y/o internamente
mediante un miembro roscado de la herramienta de instalación. Tales
sistemas se muestran en la patente de los E.E.U.U. Nº 5.315.755 de
Fulbright y otros publicada el 31 de mayo de 1994 y la patente de
los E.E.U.U. Nº 6.233.802 de Fulbright publicada el 22 de mayo de
2001.
En la presente invención se proporciona un
mandril desacoplable y reutilizable para ser asegurado roscadamente
en una cavidad de atracción en el extremo del mango del pasador y es
embridado por la herramienta de instalación para aplicar la Fuerza
de atracción axial relativa para engarzar. Al terminar de engarzar,
el mandril se puede quitar roscadamente de la cavidad de atracción
y reutilizar, reduciendo así el coste total del amarre. Además, no
se producirán desperdicios tal como sucede con las colas del pasador
cercenables después de fractura.
También hay aplicaciones en las cuales el amarre
debe ser instalado en aberturas de la pieza con un acople de
interferencia. Dependiendo del grosor total de las piezas, esto
podría también requerir una cola de pasador cercenable de largo
algo mayor para facilitar el agarre inicial por parte de la
herramienta de instalación para hacer pasar el pasador por las
aberturas. Aquí el mandril extraíble y reutilizable se puede
fabricar de un largo para acomodar tales aplicaciones con coste
adicional mínimo al usuario.
Con los amarres de engarce, el collar se
comprime radialmente en las ranuras de bloqueo en el mango del
pasador. Esto no plantea ningún problema con la construcción
rutinaria con cola del pasador cercenable. Sin embargo, con el uso
de un mandril extraíble el extremo exterior del mango del pasador
con las ranuras de bloqueo se forma con una cavidad de atracción
roscada en la cual se asegura una sección roscada del mandril. Esta
sección del mango del pasador tendrá menos resistencia a la carga
compresiva cuando el collar se engarza y podría dar lugar a la
distorsión y/o al atasque de la sección roscada del mandril en la
cavidad de atracción roscada. Una opción sería simplemente hacer
esa sección del mango del pasador más larga de modo que el orificio
roscado coincidiría substancialmente más allá del collar y
substancialmente no con la sección del collar que se engarza. Esto,
sin embargo, dejaría el amarre instalado algo más pesado que el
amarre comparable con cola del pasador cercenable y también
agregaría un cierto coste al pasador.
En la presente invención se proporciona una
combinación única en la cual la sección de la ranura de bloqueo del
mango del pasador para uso con el mandril extraíble es
substancialmente del mismo largo que la del mango del pasador con
cola del pasador cercenable. En la presente invención, sin embargo,
se proporciona la sección de la ranura de bloqueo una configuración
única para permitir engarzar el collar en cargas más bajas de
engarce y al mismo tiempo para realzar la resistencia al carga
compresiva en el extremo exterior del mango del pasador y por lo
tanto para evitar la distorsión de la cavidad de atracción roscada
durante el engarce del collar. Además, el collar también se
construye para asistir a la reducción en la carga del macho de
engarzar. Esto se equilibra con una cavidad de atracción roscada
formada para aprovechar al máximo la fuerza de la sección de
atracción del mandril y de las roscas de la cavidad de atracción
mientras que se realza la resistencia a la carga compresiva. Al
mismo tiempo, en una forma de la presente invención de collar único
se proporcionan las construcciones en las cuales la sección externa
del mango collar se construye para ser engarzada con eficacia en
una carga reducida y con menos fuerza de compresión en el mango del
pasador específicamente en la área de la cavidad de atracción.
Además, el resto del mango collar también se construye conjuntamente
con las ranuras de bloqueo que se engarzarán en una carga reducida.
Estas características se proporcionan, sin embargo, sustancialmente
sin reducción en la Fuerza total del amarre engarzado relativa a las
contrasecciones con cola del pasador cercenable. Además, la
construcción se optimiza de modo tal que el tamaño y el peso del
amarre instalado es substancialmente igual al de la Forma existente
con un cola de pasador cercenable. Los ejemplos de amarres de carga
de engarce bajo de diversas construcciones se muestran en la patente
de los E.E.U.U. Nº 6.325.582 de Sadri y otros, publicada el 4 de
diciembre de 2001 y la patente '802 citada anteriormente.
Debe observarse que los amarres aeroespaciales
se utilizan para asegurar las piezas metálicas y también las piezas
fabricadas de un material compuesto ligero. En aplicaciones de
material compuesto, ciertos elementos del amarre se diseñan
específicamente para proporcionar una distribución substancial de
las cargas aplicadas para evitar la delaminación localizada del
material.
Debe observarse también que con el amarre de
atracción en el cual el pasador tiene un cola de pasador cercenable,
al romperse la muesca de acción rápida se producirá habitualmente
una cantidad determinada de ruido y una cierta carga de choque al
operario y a la estructura que se está asegurando. Esto puede
resultar significativo con las piezas de los materiales compuestos
donde la delaminación puede ocurrir debido a cargas de choque
excesivas. Esto están totalmente ausente del amarre de la presente
invención con cola del pasador extraíble.
Es común en las aplicaciones aeroespaciales
utilizar amarres de engarce para varios tipos de aplicaciones de
carga en los empalmes asegurados por amarres de engarce. En estos
casos, puede utilizarse un pasador de un diámetro uniforme. Sin
embargo, dependiendo del tipo de aplicación de la carga, pueden
utilizarse los collares de diversos materiales con diversas
características de la Fuerza. Tales aplicaciones pueden utilizar
collares de materiales de alta resistencia tales como acero de
titanio o de aleación y también collares de materiales de fuerza
menor tales como aluminio con pasadores del mismo diámetro teniendo
diversas ranuras de bloqueo para los diversos materiales del
collar. La presente invención proporciona un diseño único del
pasador por el que un pasador de construcción común se puede
utilizar para diversas aplicaciones con collares de materiales de
diversas fuerzas. En este respecto, la construcción de la sección de
la ranura de bloqueo del pasador se puede optimizar parcialmente
para un collar de un material mientras que está adaptada para el uso
en las varias aplicaciones de carga y también para uso con collares
de diversos materiales como se ha observado.
Por lo tanto, es un objeto de la presente
invención proporcionar un amarre de engarce con movimiento de
atracción que tenga un mandril extraíble y reutilizable adaptado
para ser agarrado en movimiento de atracción.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un amarre de engarce con movimiento de atracción con
un mandril extraíble asegurado roscadamente en una cavidad de
atracción roscada en el extremo del mango del pasador
substancialmente conforme en línea con la ranura de bloqueo del
pasador en la cual el collar será engarzado y de una construcción
única para reducir la carga de engarce y por lo tanto la magnitud
del esfuerzo de compresión durante el engarce.
Sigue siendo otro objeto proporcionar un amarre
de engarce con movimiento de atracción incluyendo un pasador y un
collar y utilizar un mandril extraíble con una construcción de
conexión entre el pasador y el mandril e incluir un collar de tipo
bajo engarce y estructura única de la ranura de bloqueo por el que
el tamaño, el peso y la Fuerza totales del amarre instalado sean
comparables al tipo con cola del pasador cercenable.
Es otro objeto de la presente invención
proporcionar un amarre de engarce con movimiento de atracción
incluyendo un pasador y un collar y utilizar un mandril extraíble
con una construcción de conexión entre el pasador y el mandril y
con el pasador que tiene una sección única de la ranura de bloqueo
por el que un pasador de un tamaño y de una construcción comunes se
pueda utilizar con collares de materiales de diversas fuerzas para
diversas aplicaciones de la carga.
\newpage
Es un objeto general de la presente invención
proporcionar un amarre de engarce con movimiento de atracción
incluyendo un pasador y un collar y utilizar un mandril extraíble y
reutilizable con una construcción de conexión entre el pasador y el
mandril.
Otras áreas de la aplicabilidad de la presente
invención llegarán a ser evidentes por la descripción detallada más
abajo. Debe entenderse que la descripción detallada y los ejemplos
específicos, mientras que indican la representación preferida de la
invención, están pensados a modo de ilustración solamente.
La presente invención se entenderá más
completamente gracias a la descripción detallada y a los dibujos que
la acompañan, en donde:
La Figura 1 es una vista elevada lateral de un
pasador para un amarre de engarce con movimiento de atracción con
una parte de la sección del mango de bloqueo en el extremo exterior
del mango del pasador partido para mostrar una cavidad de atracción
roscada;
La Figura 1a es una vista agrandada el extremo
del mango del pasador del pasador de la Figura 1 tomada en el
Círculo 1a que representa la sección del mango de bloqueo con la
cavidad de atracción roscada;
La Figura 1b es una vista agrandada de una
ranura de bloqueo de la sección del mango de bloqueo del pasador de
las Figuras 1 y 1a y tomada en el Círculo 1b de la Figura 1a;
La Figura 2 es una vista elevada lateral de un
mandril adaptado para ser extraíblemente asegurado a la cavidad de
atracción roscada del pasador de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista elevada del final de
una forma de un collar a ser engarzado en ranuras de bloqueo en la
sección del mango de bloqueo del pasador de la Figura 1;
La Figura 4 es una vista seccional longitudinal
del collar de la Figura 3 tomado en la dirección de las Flechas
4-4 de la Figura 3;
La Figura 5 es una vista elevada lateral, vista
en conjunto que muestra el amarre premontado a un par de piezas que
se asegurarán junto antes de la instalación con las piezas mostradas
en la sección con el mandril extraíble de la Figura 2 asegurado al
pasador de la Figura 1 y con el collar de las Figuras 3 y 4 mostrado
en sección en su lugar en el pasador antes del engarce;
La Figura 5a es una vista seccional fragmentaria
de un yunque de engarce para engarzar el collar en la sección de
bloqueo del pasador;
La Figura 6a es una vista agrandada de la
sección del mango de bloqueo similar a la vista de la Figura 1a del
pasador de la Figura 1 que representa la sección del mango de
bloqueo con la cavidad de atracción roscada para un pasador de un
diámetro más grande;
La Figura 6b es una vista agrandada de una
ranura de bloqueo de la sección del mango de bloqueo del pasador de
la Figura 6a y similar al de la Figura 1b y tomada en el Círculo 6b
de la Figura 6;
La Figura 7 es una vista elevada final de otra
forma de un collar a ser engarzado en ranuras de bloqueo en la
sección del mango de bloqueo del pasador de la Figura 6;
La Figura 8 es una vista seccional longitudinal
del collar de la Figura 7 tomada en la dirección de las Flechas
8-8 de la Figura 7; y
La Figura 9 es una vista seccional longitudinal
de un collar de doble terminación que tiene una configuración
escalonada en ambos extremos similar a la configuración escalonada
del collar de las Figuras 3 y 4.
La descripción siguiente de las representaciones
preferidas se presenta simplemente a modo de ejemplo en su
naturaleza.
Mirando ahora a las Figuras 1-5,
se muestra un amarre de engarce con movimiento de atracción 10
(véase la Figura 5) e incluye un miembro 12 del pasador y el collar
tubular 14. El miembro 12 del pasador tiene un mango alargado 15
que se adapta para extender por aberturas alineadas u orificios 16 y
17 en un par de las piezas 18 y 20, respectivamente, para ser
asegurado de modo conjunto (véase las Figuras 1 y 5). Un cabezal
sobresaliente agrandado 22 en un extremo del mango 15 se engrana en
el lado posterior de la superficie 23 de la pieza 18. El mango del
pasador 15 tiene una sección 24 cilíndrica recta, lisa adyacente al
cabezal 22 que se adapta para ser recibida dentro de los orificios
alineados 16 y 17. Debe entenderse que en algunas instalaciones los
orificios 16 y 17 se pueden hacer de un tamaño relativo a la sección
recta 24 del mango para proporcionar un ajuste de interferencia
deseado o un ajuste de la separación. Después de la sección 24 del
mango recto se encuentra la sección 25 del mango de bloqueo que
tiene una pluralidad de las ranuras de bloqueo anulares 26 que se
extienden circunferencialmente, separadas por crestas u hombros 38.
Éstos se muestran como crestas 38a-38g en los
dibujos por una razón que se describirá. Una sección 28 de
transición cónica arqueada anular se conecta suavemente a la
sección 25 del mango de bloqueo con la sección 24 recta del mango.
Una cavidad 29 de atracción roscada está situada en el extremo
exterior de la sección 25 del mango bloqueo. Debe entenderse que en
todas las aplicaciones las crestas u hombros 38 con ranuras de
bloqueo 26 tendrán un diámetro de cresta Du más pequeño que el
diámetro Ds de la sección 24 recta del mango para holgura con los
orificios 16 y 17.
Mirando ahora a la Figura 2, un mandril
extraíble 30 incluye una sección 32 del mango de atracción que tiene
una serie de muescas anulares de atracción 34. Hay una sección 36
de biela de diámetro reducido roscada en un extremo del mandril 30
y se une a la sección del mango de atracción 32 por una tierra 39
anular lisa. La sección de la biela 36 tiene una pluralidad de
roscas helicoidales 37 adaptadas para engranarse roscadamente con
la cavidad de atracción roscada 29 para conectar el mandril
extraíble 30 con el mango del pasador 15. Las muescas de atracción
34 del mandril extraíble 30 son de un tipo substancialmente similar
a las muescas convencionales de atracción en un cola de pasador
frágil y se adaptan para ser agarradas por una herramienta de
instalación de una construcción generalmente convencional y que es
actuable para ajustar el amarre 10.
Mirando ahora a las Figuras 3-5,
el collar 14 es de un tipo con brida e incluye una brida 40 de
diámetro agrandado con un mango cilíndrico 42 y un orificio
generalmente uniforme 44 de un diámetro ID. El mango collar 42 es
de una configuración escalonada cilíndrica que responde al propósito
que se describirá. La sección interior del mango 46 es de un
diámetro exterior OD y de un grosor de pared generalmente uniforme
t. Se proporciona una sección final del mango 48 con una superficie
externa escalonada radialmente hacia adentro que da como resultado
un grosor de pared reducido t' al escalonarse la superficie externa
del mango collar 42 a un diámetro OD' ligeramente más pequeño. En
este respecto la transición en la superficie externa en la reducción
del diámetro OD a OD' se hace con una sección afilada 51 de
transición inclinada en ángulo A. La magnitud de la inclinación A
se selecciona para facilitar el movimiento de la cavidad del yunque
de engarce de la herramienta de instalación mientras se mueve desde
el engranaje engarzado de la sección del mango final de menor grosor
48 a la sección del mango interior de grosor mayor 46.
El collar con brida 14 se adapta para ser
situado sobre el mango del pasador 15 y, con las piezas 18, 20
juntas, tendrá el mango collar 42 en alineación radial con los
opuestos de las ranuras de bloqueo 26 y de las crestas 38 según la
Figura 5. Igualmente, la brida 40 estará engranada con la superficie
externa 52 de la pieza 20.
Como se ha observado anteriormente, es común
para los amarres, tales como el amarre 10, ser utilizados para
asegurar piezas, tales como las piezas 18 y 20, que se fabrican de
material compuesto. Aquí el área de la brida 40 del collar que se
engrana con la superficie externa 52 de la pieza y el área del
cabezal del pasador 22 que engrana la superficie interna 23 de la
pieza se seleccionan para proporcionar una distribución de las
cargas aplicadas suficiente para evitar la delaminación de las
piezas engranadas emerge donde las piezas 18 y 20 están fabricadas
de un material compuesto. Sin embargo, las características de la
presente invención son igualmente aplicables a las piezas metálicas
de amarre con un cabezal del pasador diferente al cabezal del
pasador 22 y con variaciones en el collar tal como el uso de
collares de doble terminación sin brida tal como la brida 40. Tales
collares, sin embargo, serían de otra manera de una construcción
similar a la de las indicaciones de las Figuras 3 y 4 y según se
muestra en las indicaciones de las Figuras 7 y 8. Un ejemplo de un
collar de doble terminación se muestra en la Figura 9 y será
descrito más adelante.
Obsérvese que las piezas 18 y 20 tienen un
grosor combinado ta que define un agarre máximo del amarre 10. El
amarre 10, no obstante, puede ser empleado en una gama
predeterminada de agarre que varíe entre las piezas 18 y 20 que
tengan un grosor total mínimo ta' al grosor total máximo ta. Ello se
muestra de modo general en la Figura 5. Ahora, para instalar el
amarre 10, el miembro del pasador 12 con el mandril extraíble 30 se
inserta en las aberturas 16 y 17 de las piezas 18 y 20,
respectivamente. Ahora el collar 14 se coloca sobre el mandril 30 y
sobre el mango del pasador 15 en línea con las ranuras de bloqueo
26.
En una aplicación en la que hay un acople de
interferencia entre la sección lisa 24 del mango y las aberturas 16
y 17 de la pieza, la sección 32 del mango de atracción del mandril
extraíble 30 será construida para extenderse al menos parcialmente
más allá de la superficie externa 52 de la pieza. La extensión de la
sección 32 del mango de atracción del mandril 30 se fija así para
ser suficiente como para ser agarrada por una herramienta de
instalación. El mango del pasador 15 se puede atraer entonces con la
sección lisa 24 del mango movida a las aberturas 16 y 17 hasta que
el cabezal del pasador 22 se engrane con la superficie 23 del lado
trasero de la pieza 18. La herramienta de instalación se quita
entonces y el collar 14 se coloca sobre el mandril 30 y sobre el
mango del pasador 15 en línea con las ranuras de bloqueo 26 de la
sección del mango de bloqueo 25. Ahora la herramienta de
instalación se puede reaplicar al amarre 10 con el mandril extraíble
acoplable 30 agarrado por las mandíbulas de la herramienta y la
carga axial relativa aplicada para engarzar el collar el mango
collar 42 en las ranuras de bloqueo 26. En este respecto, debe
observarse que las aplicaciones del acople de interferencia se
realizan primordialmente con las piezas 18, 20 fabricadas con
materiales metálicos en lugar de con materiales compuestos. También
en tales casos un collar de doble terminación tal como el collar de
la Figura 9 se utilizaría muy probablemente.
En este respecto, en una forma de la invención
los mandriles 30 de diversos largos se fabricarán para las diversas
condiciones. En situaciones con acoples de no interferencias, por
ejemplo en la Figura 5, el mandril 30 se fabricará de un largo
mínimo. Para situaciones con acople de interferencia, pueden
fabricarse mandriles 30 de dos largos más largos. Un largo de
mandril 30 sería para uso en condiciones de acople de interferencia
en las que el grosor combinado ta de las piezas 18 y 20 variará en
una gama substancial para diversas aplicaciones desde un grosor
total mínimo a un grosor del total medio. Un segundo mandril 30 de
un largo más largo será utilizado para condiciones de acople de
interferencia de un grosor medio a un grosor máximo. Esto fomentará
la eficacia y la conveniencia de uso mientras proporciona un sistema
económico total. Por supuesto se entiende que las variaciones
antedichas son para gamas de grosor independientes de y mayores que
de la gama de agarre, es decir ta a ta', de un amarre particular
10. Como tal, el largo de la sección 24 recta del mango del pasador
12 variará para acomodar tales cambios en el grosor total.
Al actuar la herramienta, se aplica una fuerza
axial relativa entre el pasador 12 y el collar 14 por parte del
engranaje de tensión agarrando de las mandíbulas con las muescas de
atracción 34 y el engranaje de compresión del yunque de engarce con
la sección final del mango 48 en el extremo exterior del mango
collar 42.
Mirando ahora a la Figura 5a, un yunque de
engarce 43 se muestra generalmente e incluye una cavidad 45 de
engarce que tiene un engarce anular formado arqueadamente, la
sección de la garganta 47 que se forma para sobreengranar el mango
collar 42 en el engarce. La sección de la garganta 47 es de un
diámetro Da inferior al diámetro OD' de la sección final del mango
48. La sección final del mango 48 junto con la sección de la
garganta arqueada 47 de la cavidad 45 de engarce proporciona una
magnitud predeterminada de resistencia o de aguante desde el
comienzo del engarce o del rechazo en las ranuras de bloqueo 26 por
el que las piezas 18 y 20 se acercan inicialmente juntas en
movimiento de atracción bajo una carga de brida
pre-seleccionada. La magnitud del aguante es algo
inferior a la de amarres de engarce con movimiento de atracción
convencionales, pero aún con la carga inicial del aguante para
cerrar un hueco entre las piezas 18 y 20 sin el rechazo siendo
adecuado. Mientras aumenta la fuerza axial relativa, la sección de
la garganta 47 de la cavidad 45 de engarce se mueve axialmente para
comprimir radialmente la sección final del mango 48 de grosor
reducido t' y entonces para sobreengranar radialmente la sección
interior del mango 46 del grosor t mediante la cual el mango collar
42 se engarza radialmente hacia el interior en las ranuras de
bloqueo 26 del pasador 12. Terminado el engarce y en otra actuación
adicional de la herramienta, se impulsará un miembro eyector del
collar de la herramienta axialmente hacia adelante para engranar la
sección del extremo exterior del mango 48 del mango collar 42 del
collar engarzado 14 y expulsarlo de la cavidad 45 de engarce del
yunque de engarce 43 que termina así la instalación. Al mismo
tiempo, el mandril 30 se liberará de una herramienta de instalación
de tipo autoexpulsable. Tales herramientas son bien conocidas en la
industria. Un ejemplo de una herramienta de tipo autoexpulsable se
puede considerar en la patente de los E.E.U.U. Nº 5.519.926 de
Rosier publicado el 28 de mayo de 1996. Ahora el mandril 30 se
puede quitar fácilmente del pasador 12 simplemente desenroscando la
sección de la biela roscada 36 de la cavidad de atracción roscada
29. En este respecto, el mandril 30 tiene una sección de agarre de
forma hexagonal 54 situada en el extremo contrario de la sección 32
del mango de atracción. Esto facilita el agarre por parte una
herramienta en caso de necesidad para facilitar el desenrosque de la
sección 36 de la biela de la cavidad de atracción 29. Debe
entenderse que otros contornos irregulares se podrían utilizar para
la sección de agarre 54.
Mirando ahora a la Figura 1a, la cavidad de
atracción 29 se proporciona con una pluralidad de roscas
helicoidales de atracción 56. Las roscas helicoidales de atracción
56 se proporcionan las crestas truncadas internas que extienden
radialmente 58 y muescas o raíces externas que extienden radialmente
60. Tanto las crestas 58 como las raíces 60 terminan en superficies
generalmente planas con las superficies planas de las crestas 58 con
una ancho Wtc más ancha que el ancho Wtr de las raíces 60. Esto
entonces proporciona un área relativamente más amplia de
cizallamiento para las crestas 58 para engranaje por las roscas
acopladas de la sección de la biela 36. Al mismo tiempo la
superficie plana en el extremo radialmente exterior de las raíces 60
proporciona un contorno con un diámetro raíz limitado para ayudar
en la resistencia contra la fuerza de compresión y que no engarce
el mango collar 42. El mandril extraíble 30 puede ser de un material
ferroso de alta resistencia que sea de una fuerza más alta que el
pasador 12 y requerirá así menos área de cizallamiento en las roscas
de acoplamiento 37 que las roscas internas de atracción 56. Además,
el truncamiento de las crestas 58 da lugar a un aumento en el
diámetro de la cresta Dtc que permite que el diámetro Dmr de las
raíces 64 de las roscas de la sección de la barra 36 del mandril 30
aumente y gracias a ello se vean realzados la fuerza y la
durabilidad de la sección de la barra 36 y roscas 37. En una forma
de la invención el ancho Wtc en el extremo radialmente interno de
las crestas 58 de roscas de atracción 56 era aproximadamente 50% más
largo que el ancho Wtr de las raíces 60 en el extremo radialmente
exterior. Esta estructura proporciona la cavidad 29 con un aumento
en la resistencia anular con respecto a las roscas de una
construcción convencional donde el ancho de crestas y de muescas es
similar. Además, las roscas 56 se forman helicoidalmente cortando
después de la perforar la cavidad. Según lo cortado, el extremo
radialmente interno de las crestas 58 es relativamente plano con los
flancos que afilan radialmente hacia adentro interno y uno hacia
otro. Esto aumenta el ancho de las crestas 58 en la base de las
raíces 60 para maximizar la fuerza de cizallamiento y para reducir
la concentración de tensión durante el engarce. En este respecto la
cavidad de atracción 29 en su extremo más profundo 62 se forma con
un contorno arqueado generalmente hemisférico con el diámetro mínimo
Dtc substancialmente igual al diámetro Dtc de las crestas 58. Este
contorno hemisférico, arqueado reduce cualquier concentración de
tensión.
Así la profundidad axial de la sección roscada
de la cavidad de atracción 29 se selecciona de modo que la sección
de la biela 36 se ubicará dentro de la cavidad 29 con las roscas 56
de la cavidad de atracción 29 totalmente engranadas por las roscas
37 de la sección de la barra 36. En este respecto las roscas 37 de
la sección de la barra 36 se extienden en un largo axial levemente
mayor que las roscas 56 de la cavidad de atracción 29. Esto
entonces asegurará un engranaje completo de roscas 56 de la cavidad.
En este respecto, el ajuste excesivo de las roscas 37 en la sección
de la barra 36 con las roscas 56 en la cavidad de atracción 29 y
contra el extremo interno arqueado 62 no dañará las roscas 37 de la
sección de la barra puesto que son de un material con una fuerza
substancialmente más alta que la cavidad de atracción 29 y las
roscas 56. Al mismo tiempo, el extremo de la tierra anular 39 será
mantenido espaciado del extremo exterior de la sección afilada 49
para evitar fuerzas excesivas de engranaje. Las roscas 37 en la
sección de la barra también tienen crestas y raíces planas.
Según lo indicado, las ranuras de bloqueo 26 y
las crestas 38 también se construyen conjuntamente con las roscas
56 helicoidales de atracción en la cavidad de atracción 29 para
realzar la resistencia de la cavidad de atracción 29 a carga
compresiva durante el engarce del collar. Además también se
construyen conjuntamente con el collar 14 para proporcionar cargas
bajas del mango collar 42, lo cual da lugar a una reducción en el
carga compresiva en la cavidad de atracción 29. Cada una de las
ranuras de bloqueo 26 tiene una raíz 68. Aquí las ranuras de
bloqueo 26 con las crestas asociadas 38 se forman con diversos pasos
con el paso máximo P1 en la primera ranura 26 de bloqueo o la más
exterior que disminuye en pasos al paso mínimo P7 en la última
ranura 26 de bloqueo o la más interior. Una de las ranuras de
bloqueo 26 en un paso intermedio P3 se muestra en la Figura 1b. En
este respecto cada una de las ranuras de bloqueo 26 con las raíces
68 es de un contorno uniforme y un ancho general Wr. Tal contorno
se muestra en la Figura 1b. Sin embargo los anchos W de las crestas
38 variarán y así las crestas 38 se numeran por separado como
crestas 38a-38g y los anchos W se designan por
separado como Wa-Wg. Así el ancho de Wa de la cresta
38a es el ancho máximo y el ancho Wg de la cresta 38g es el ancho
mínimo que da lugar a la variación en paso de P1 a P7 como se ha
observado. Esta variación en el ancho de la cresta proporciona
mayores fuerzas de cizallamiento para las crestas 38a y 38b de las
ranuras de bloqueo 26 relacionadas que para las crestas
38c-38g de las ranuras de bloqueo 26. En este
respecto las crestas 38 tienen superficies radialmente externas
substancialmente planas y los anchos W se designan por separado
Wa-Wg. El área eficaz del plano del cizallamiento de
las crestas 38 estará generalmente situada en la mitad del camino
entre la superficie radialmente externa y la raíz 68 a lo largo de
una línea Ls como se muestra en la Figura 1b. Esto sucede
generalmente a lo largo del diámetro de paso Dp de las ranuras de
bloqueo 26. Los anchos de la cresta Wa-Wg, sin
embargo, se muestran en la superficie radialmente externa. En este
respecto en una forma de la invención el ancho Wa de la cresta 38a
estaba alrededor de dos veces el ancho Wg de la cresta 38g. Aquí el
ancho adicional de las crestas 38a y 38b proporcionará mayor
resistencia a la fuerza de compresión radial en engarce en el
extremo abierto exterior de la cavidad de atracción 29. Esto es
significativo puesto que la fuerza compresiva del extremo abierto de
una cavidad que tiene un grosor de pared uniforme será inferior que
la sección interna siguiente. Además el hecho de que las roscas 56
en la cavidad de atracción 29 sean helicoidales también crea una
distribución generalmente uniforme de la fuerza compresiva relativa
a las ranuras de bloqueo anulares 26 y crestas 38.
Las raíces 68 se forman uniformemente y
generalmente son arqueadas con un radio triple y con un diámetro
central de la raíz Dr. Como se ha observado, las crestas 38 se
forman con diversos anchos de cresta tales como Wa, Wb, etc. Sin
embargo, las raíces 68 y las crestas 38 están conectadas
uniformemente con los flancos principales 70 que están en ángulo a1
que es substancialmente inferior al ángulo a2 en los flancos de
arrastre 72 por lo que las ranuras de bloqueo 26 son de una
geometría uniforme. El ángulo más agudo a1 facilita la carga de la
abrazadera en respuesta al flujo o a la extrusión del material del
collar durante el engarce mientras que el ángulo más bajo a2
facilita el flujo delantero del material del collar durante el
engarce. En este respecto, como se ha observado, el plano eficaz
del cizallamiento de las crestas 38 estará generalmente situado a
medio camino en las raíces 68 a lo largo de la línea Ls mientras
que el plano eficaz del cizallamiento en el material de collar
engarzado estará generalmente a lo largo del ancho de Wr de las
raíces 68 en el diámetro de la cresta Du.
En este respeto entonces la resistencia al
esfuerzo de tensión (SLC) del collar 14 según se engarza en las
ranuras de bloqueo 26 y la resistencia al esfuerzo de tensión (SLP)
de los hombros del pasador o de las crestas 38 para el último fallo
en cizallamiento se puede determinar mediante la fórmula
siguiente:
SLC = (Wr)
(\pi Du)
Sc
Donde:
Wr - ancho de las ranuras 26, plano del
cizallamiento del collar engarzado (Fig. 1b)
Du - diámetro de las crestas
38a-38g (fig. 1)
Sc es la fuerzas de cizallamiento del material
del collar 14; y
\vskip1.000000\baselineskip
SLP = (Ls)
(\pi Dp)
Sp
Donde:
Ls - largo de la línea del campo de paso, plano
del cizallamiento de las crestas 38a-38g (Fig.
1b)
DP - diámetro del campo de paso (Fig. 1b)
SP es la fuerza de cizallamiento del material
del pasador 12.
\newpage
Mientras que la resistencia al esfuerzo de
tensión del collar engarzado en las ranuras de bloqueo 26 será
sustancialmente igual para cada ranura, la resistencia al esfuerzo
de tensión de los hombros o crestas 38 del pasador variará con los
anchos de cresta Wa-Wg. En este respecto, el largo
Ls variará para cada uno de los anchos de cresta
Wa-Wg.
Como se ha observado, el pasador 12 puede
utilizarse para asegurar piezas, tales como las piezas 18 y 20, con
un rango de grosor total desde un grosor de agarre máximo ta hasta
un grosor de agarre mínimo ta'. Como puede observarse en la Figura
5, en la condición de grosor máximo ta el mango 42 del collar 14 se
extenderá sustancial y coextensivamente hasta el extremo exterior
de la sección del mango de bloqueo 25 y por lo tanto hasta el
extremo exterior de la cavidad de atracción 29. Según lo indicado
para un orificio de grosor de pared uniforme, el extremo exterior
tendría la menor resistencia anular y la menor resistencia a las
fuerzas de compresión radiales. En la representación de la Figura
1, la resistencia anular en el extremo exterior se incrementa
cuando la cresta 38a tiene el ancho Wa máximo. Al mismo tiempo, el
extremo exterior axial de la cresta 38a no dispone de un extremo de
tipo con ranura de diámetro reducido. En este caso, la superficie
del extremo exterior 49 de la cresta 38a está cónica radialmente
hacia adentro con un ángulo At a partir del diámetro de cresta Du
hasta una diámetro reducido. Ahora, en la condición de agarre máximo
del grosor de pieza total ta (véase Fig. 5), cuando el extremo
exterior de la sección final del mango 48 del mango collar 42 se
engarza radialmente hacia adentro, estará inicialmente y sólo
parcialmente sobre la superficie final cónica e inclinada 49. Así
únicamente habrá un engranaje y una fuerza de compresión radial
mínimos sobre la superficie inclinada final 49, por lo que se
inhibirá la distorsión del extremo exterior de la cavidad 29. Al
mismo tiempo, el grosor de pared reducido t' en el extremo exterior
de la sección del mango collar 48 también contribuirá a la
reducción de la fuerza de compresión radial tanto en la superficie
inclinada final 49, como en las crestas 38a y 38b, además de
parcialmente en la cresta 38c. Por supuesto, este engranaje variará
en cierta medida según el rango de agarre del amarre. En este
respecto se selecciona el largo axial I de la superficie inclinada
final 49 para reducir al mínimo el grado en que la cavidad de
atracción 29 se extiende dentro de la sección de la ranura de
bloqueo 25 coextensivamente con las ranuras de bloqueo 26 y las
crestas 38a-38g. Al mismo tiempo la inclinación de
la superficie final 49 ayuda a distribuir la fuerza de compresión
aplicada por la sección final del mango collar 48 en el engarce.
Sin embargo, la utilización de la superficie cónica 49 también
inhibe la distorsión mientras que permite una reducción de peso del
pasador 12 en comparación con una extensión de el ancho Wa de la
cresta 38a en un diámetro de cresta Da.
La superficie cónica 49 y la primera cresta 38a
de ancho máximo Wa ayudan al extremo exterior de la cavidad de
atracción 29 a resistir las cargas compresivas en ese extremo. En
este respecto, el largo combinado I de la superficie cónica 49 y el
ancho Wa de la primera cresta 38a se extiende axialmente de forma
sustancial sobre los dos primeros pasos de rosca de las roscas de
atracción 37 en la cavidad de atracción 29. Esto supone
aproximadamente más de un tercio de las roscas de atracción 37.
Como se ha observado, amarres tales como el
amarre 10 están diseñados para asegurar piezas, tales como las
piezas 18 y 20, que puedan variar en grosor en un rango de agarre
desde un grosor mínimo ta' hasta un grosor máximo ta. Por supuesto,
es deseable que el rango de agarre sea de un grosor razonable para
facilitar un inventario de menos tamaños de los pasadores de amarre
12. Aquí se utilizan los mismos collares 14 en todo el rango de
agarre. En la presente invención, el pasador 12 se ha diseñado para
ser operativo en un rango de agarre que sea sustancialmente mayor,
aproximadamente el doble que, por ejemplo, en un rango de agarre
tradicional de 1,6 mm (1/16''). De este modo, en la condición de
agarre máximo, la sección final del mango collar con grosor
reducido 48 se extenderá en cierta medida sobre la superficie
inclinada final 49 de la sección del mango de bloqueo del pasador
25 y puede que no llene completamente la última ranura 26 junto a la
cresta 38g.
Sin embargo, en la condición de agarre mínimo,
la sección final del mango collar 48 estará más alejada y la
sección interior del mango collar 46 estará situada más alejada y
menos en línea con la cavidad de atracción 29. Por lo tanto, la
variación en el ancho de crestas Wa-Wg se puede
reducir escalonadamente para aceptar el mango collar 42 en el
engarce sobre el extenso rango de agarre. En este respecto, se les
da mayores anchos Wa-Wd a las primeras cuatro
crestas 38a-38d para ayudar a resistir las fuerzas
de compresión en la cavidad de atracción 29. Al mismo tiempo, la
reducción escalonada de anchos de Wa a Wg ayuda a mantener el largo
total de la ranura de bloqueo, sección del mango 25 en un
mínimo.
Como se ha observado, el mango collar 42 está
construido escalonadamente y su grosor de pared se ha reducido
desde el grosor t en la sección interior del mango 46 hasta un
grosor menor t' en la sección final del mango 48. Como puede
observarse en la Figura 5, la sección final del mango collar 48
recubre considerablemente el extremo exterior de la sección del
mango de bloqueo 25 del mango pasador 15 y por lo tanto las ranuras
de bloqueo externas 26 y las crestas 38a y 38b con ancho
incrementado Wa y Wb, respectivamente. Además, el ancho Wr de las
ranuras de bloqueo 26 y, por lo tanto, el volumen de cada una de las
ranuras de bloqueo 26 es igual. Así, se selecciona la estructura
escalonada del mango collar 42 con grosores de pared t y t' para
proporcionar una fuerza de compresión radial equilibrada en la
sección del mango de bloqueo 25 en el área de la cavidad de
atracción roscada 29 para inhibir la distorsión de la cavidad 29.
Puede observarse que la orientación señalada de la estructura
escalonada del mango collar 42 relativa a las ranuras de bloqueo 26
y a las crestas 38 se mantendrá sustancialmente sobre el rango de
agarre del amarre 10, proporcionando una reducción en la carga de
engarce.
Al mismo tiempo, como se tratará más adelante,
habrá generalmente un llenado adecuado de las ranuras de bloqueo
26, puesto que el volumen disponible, que es menor debido al aumento
de los anchos de cresta Wa y Wb, se compensará parcialmente por la
extrusión hacia adelante del material del collar de engarce de
volumen reducido con el grosor reducido t' en la sección final del
mango 48. Así, la construcción escalonada del mango collar 42
proporciona un empaquetado del collar relativamente equilibrado en
las ranuras de bloqueo 26 en el área de la cavidad de atracción 29
con crestas 38a - 38e de anchos Wa-We y en las
ranuras de bloqueo 26 más allá de la cavidad de atracción 29 con
crestas 38f y 38g de anchos Wf y Wg.
Debe destacarse que los amarres de engarce tipo
atracción se utilizan en numerosas aplicaciones con diferentes
requisitos de carga en las juntas amarradas. Para reducir al mínimo
el peso total de los amarres utilizados, los amarres, tales como el
amarre 10, dispondrán de pasadores, tales como el pasador 12, con
secciones del mango de bloqueo, como la sección del mango de
bloqueo 25, de varias largos con diferentes números de ranuras de
bloqueo, como las ranuras de bloqueo 26. Así, mientras que la
sección del mango de bloqueo 25 del pasador 12 tiene siete ranuras
de bloqueo 26, según se muestra, es común que pasadores con el mismo
diámetro y generalmente con el mismo contorno dispongan de entre
cinco y ocho ranuras de bloqueo. Con cada una de estas estructuras,
el extremo exterior de la sección del mango de bloqueo se
equilibrará de forma similar a la sección del mango de bloqueo 25,
teniendo las dos primeras ranuras de bloqueo la misma relación
cresta-paso que las crestas 38a y 38b y teniendo la
última ranura de bloqueo la misma relación
cresta-paso que la cresta 38g y una superficie
final cónica e inclinada como la superficie 49. Al mismo tiempo el
ancho de la última cresta, como el ancho Wg de la cresta 38g, será
la más corta. Los anchos de las crestas intermedias se encontrarán
en diferentes magnitudes escalonadas y el ancho Wr de las raíces
será el mismo.
Ahora con estos pasadores con diferentes números
de ranuras de bloqueo 26 y diferentes largos de la sección del
mango de bloqueo 25, el collar correspondiente, como el collar 14,
tendrá un mango 42 de diferentes largos con variación del largo en
la sección interior del mango 46 y en la sección final del mango 48.
La profundidad de la cavidad de atracción, tal como la cavidad 29,
será ajustada para la magnitud de fuerza axial relativa necesaria
para el engarce.
En una forma de la invención, las roscas de
atracción helicoidales truncadas 56 de la cavidad de atracción 29 y
las roscas de acoplamiento de la sección de la biela de conexión 36
tienen flancos de acoplamiento con inclinación 30730º en ambos
lados.
Como se ha observado, los amarres, tales como el
amarre 10, se utilizarán para diversas aplicaciones de carga y, al
igual que los collares, tales como el collar 14, estarán formados
por materiales de diferente resistencia para optimizar el peso y el
coste del sistema total. En este respecto, mientras que los
pasadores, tales como el pasador 12, serán de un material de
resistencia uniforme, los collares, tales como el collar 14, pueden
ser de materiales de diferentes resistencias, tales como titanio,
aleación de acero y aluminio. En este caso, el collar de titanio y
aleación de acero es más resistente y el collar de aluminio es menos
resistente. En todos los casos, el pasador será de un material más
resistente, como titanio, que el collar correspondiente.
Para optimizar el coste de fabricación y
simplificar el inventario para el usuario final, los pasadores,
tales como el pasador 12, para un diámetro dado y un largo dado de
la sección del mango de bloqueo 25, tendrán ranuras de bloqueo 26
con una construcción uniforme. Aquí, sin embargo, el ancho de las
raíces 68 de las ranuras de bloqueo 26 se seleccionará en parte
para reducir al mínimo la carga de engarce cuando el collar 14 está
fabricado con material muy resistente, como el titanio. Al mismo
tiempo el ancho Wg de la última cresta 38g se seleccionará para
proporcionar suficiente fuerza para resistir el aplastamiento en el
engarce cuando el collar 14 está fabricado con material muy
resistente, como el titanio. También los anchos
Wa-Wd de las crestas 38a-38d se
seleccionarán para proporcionar suficiente resistencia anular en el
área de la cavidad de atracción 29 para resistir la carga
compresiva al engarzar el collar 14 fabricado con material muy
resistente, como el titanio.
Los amarres de engarce se han utilizado para
diversas condiciones de carga aplicadas a piezas, tales como las
piezas 18 y 20 y según la resistencia del amarre tal como el amarre
10. Estas condiciones de carga se han categorizado como tensión,
cizalladura y cizalladura/tensión. La condición de tipo tensión es
esencialmente una fuerza que tiende a separar las piezas 18 y 20 en
una dirección a lo largo del eje del amarre 10. Una condición de
tipo cizalladura es esencialmente una fuerza que tiende a separar
las piezas 18 y 20 en direcciones opuestas transversales al eje del
amarre 10. Una condición de tipo cizalladura/tensión es combinación
de carga tipo tensión y cizalladura. En cada uno de estos casos hay
un componente de esfuerzo de tensión en el amarre 10, y el amarre
10 está diseñado para fallar en la cizalladura a través del collar
engranado y los hombros de ranura de bloqueo. Los esfuerzos de
tensión en la aplicación de tensión son los máximos, mientras que
los esfuerzos de tensión en las aplicaciones de carga de
cizalladura son los mínimos. Entre ambos, se encuentra la
cizalladura/tensión.
En los amarres de engarce, lo normal ha sido
construir pasadores de un material con mayor resistencia que la del
collar. Como se ha observado esto sirve es para evitar daños en el
pasador debido a las cargas compresivas al engarzar el collar.
Posteriormente se seleccionó un ancho de ranura superior al de la
cresta, cuya diferencia se ha seleccionado para soportar la fuerza
de cizallamiento de los diversos materiales. Así, incluso en estos
casos, los amarres, tales como el amarre 10, están diseñados para
resistir el componente de tensión de las cargas y tener una fuerza
de cizallamiento a través de los hombros engranados, generalmente
alrededor de un 110% del componente previsto de esfuerzo de
tensión. Además el pasador 12 y el collar 14 están diseñados de
modo que los hombros del collar engarzado 14 fallen primero en el
margen de esfuerzo de tensión del 110% con las crestas o los
hombros 38 del pasador diseñados para fallar al 110% del esfuerzo de
fallo de tensión de los hombros en el collar engarzado 14.
Anteriormente en amarres de engarce optimizados,
cada una de las ranuras y crestas se equilibraban de forma similar.
Sin embargo, como se ha observado, en la presente invención las
crestas 38a-g y ranuras 26 están diseñadas para
proporcionar resistencia a la carga compresiva en el área de la
cavidad de atracción 29 y cargas de bajo engarce en el mango collar
42, especialmente en ese área. Así las ranuras 26 tienen un ancho Wr
y contorno uniformes. Como tal, el ancho Wr para proporcionar bajo
engarce es algo superior que en los amarres de engarce
convencionales. Así, en el caso de la primera cresta 38a, su ancho
Wa es también más amplio que el de las crestas convencionales para
proporcionar resistencia para la cavidad de atracción a las fuerzas
de compresión del engarce y también proporcionar un área de
cizalladura equilibrada con el área de cizalladura mediante el
ancho Wr de ranura más grande. Esto se equilibra con respecto al
collar 14 fabricado con material muy resistente, tal como el
titanio, que tiene menos resistencia que el pasador 12. En una forma
de la invención, la primera cresta 38a se proporcionaba con un
ancho para tener un plano de cizalladura, Ls, tal que fallaría en
la cizalladura a una fuerza de tensión de alrededor del 115% del
esfuerzo de tensión al que los hombros del collar de engarce
fallarían en la ranura de bloqueo adyacente 26 a través del plano de
cizalladura Wr. Sin embargo, según se ha observado, se reduce
progresivamente el tamaño de los anchos Wb a Wg. Así, las últimas
dos o tres crestas 38e-38g de anchos reducidos
We-Wg fallarían en esfuerzos de tensión iguales a o
ligeramente inferiores a los de la cresta de collar de engarce en
las ranuras de bloqueo adyacentes 26. Como se ha observado, la
última cresta 38g fallaría en un esfuerzo de tensión algo inferior
al de la cresta de engarce de la ranura de bloqueo adyacente 26.
Sin embargo, la estructura total seguiría proporcionando a los
hombros o crestas 38a-38g del pasador una fuerza de
cizallamiento combinada y total mediante la cual los hombros del
collar de engarce en las ranuras de bloqueo uniformes 26 seguirían
fallando en la cizalladura antes de las crestas de pasador
38a-38g. En este respecto, debe destacarse que las
últimas crestas 38e-38g, aunque de menor fuerza de
cizallamiento que los hombros del collar adyacente en las ranuras de
bloqueo 26, pueden flexionarse en cierta medida, por lo que el
esfuerzo de tensión será resistido parcialmente por los hombros
posteriores 38a-38d. Esto, en cierto modo, utiliza
el concepto de rigidez proporcionado en la patente '053 citada
anteriormente. Además de lo antedicho, debe observarse que en
algunas situaciones de carga, el mango collar de engarce 42
adyacente a las últimas crestas de pasador 38f y 38g puede hincharse
o abombarse ligeramente como respuesta al esfuerzo de tensión
mediante el cual puede transmitirse más esfuerzo de tensión a las
crestas de pasador posteriores 38a-38e.
En una forma de la invención, el miembro 12 del
pasador está construido con aleación de titanio,
6AI-4V, una solución tratada hasta una dureza para
proporcionar una fuerza de cizallamiento de por lo menos alrededor
de 95 ksi, mientras que el mandril extraíble 30 está construido con
aleación de acero VASCO350 sometido a un tratamiento térmico hasta
una dureza de alrededor de Rc55-57 y con una fuerza
de cizallamiento de alrededor de 200 ksi. Esto proporciona a la
sección de la biela 36 del mandril 30 fuerte resistencia al desgaste
para mejorar su uso continuo y resistencia a daños por excesivo
apriete en la cavidad de atracción 29, como se ha observado. Al
mismo tiempo, el collar 14 puede fabricarse de una aleación de
titanio, 3AI-2.5V y someterse a un tratamiento
térmico para que su fuerza de cizallamiento sea de alrededor de 69
ksi.
Antes era tradicional proporcionar un volumen de
material del collar alrededor del 13% mayor que el requerido para
llenar las ranuras de bloqueo. Esto tendía a compensar el retorno
del resorte. Pero incluso en este caso, la ranura no se llenaba
totalmente después del engarce. La patente '096 anteriormente
mencionada proporcionó un sistema optimizado que utilizaba un
sobreempaquetado de alrededor del 20%. Posteriormente, se desarrolló
una exclusiva configuración de ranuras relativamente poco
profundas, como se ha observado anteriormente en la patente '852,
que también proporcionó un amarre optimizado con alrededor de un 16%
de sobreempaquetado. Sin embargo, en estos casos, las ranuras de
bloqueo tenían una construcción uniforme con diversas
configuraciones optimizadas para collares de diferentes materiales.
Sin embargo, con el amarre 10, este sobreempaquetado, especialmente
en el área de la cavidad de atracción 29 podía dar lugar a cargas
compresivas excesivas en la cavidad de atracción 29. Como se ha
observado en la presente invención, mientras que las construcciones
de ranuras son uniformes, las crestas son variadas para acomodar la
carga compresiva aplicada sobre la cavidad de atracción 29. Sin
embargo, al mismo tiempo se proporciona una geometría común de
ranura y cresta para que cada pasador de diferente diámetro acomode
collares de diferentes materiales y, por lo tanto, de diferentes
resistencias. No obstante, incluso aquí hay una cierta optimización
para el collar 14 de material más resistente, que como se ha
observado, es titanio y aleación de acero. Sin embargo, todavía se
aplica un factor de sobreempaquetado que varía a lo largo del largo
de la sección del mango de bloqueo 25 para acomodar las variaciones
de los anchos Wa-Wg de las crestas
38a-38g.
En una representación, se seleccionó el volumen
del mango collar 42 para proporcionar "sobreempaquetado", es
decir, un volumen del mango collar 42 para proporcionar
sustancialmente más volumen de material de collar para llenar
ranuras 26 de lo que podrían aceptar normalmente dentro de la
envolvente de engarce, definido por la sección de la garganta 47 de
la cavidad de engarce 45 del yunque 43 y de la sección de
enfrentamiento de la sección del mango de bloqueo 25, incluyendo
ranuras 26 y crestas 38. (Véase la Figura 5). En el actual sistema
en una forma de la invención, se ha estimado deseable proporcionar
un volumen de material de collar con un exceso de alrededor del 1%
a alrededor del 15% sobre el largo de las ranuras de bloqueo 26, a
determinar. El porcentaje de "sobrellenado" o
"sobreempaquetado" observado puede determinarse generalmente
para un largo finita de la sección eficaz de engarce de la sección
de garganta de engarce 47 (véase la Figura 5) mediante la
relación:
\vskip1.000000\baselineskip
Donde:
Da es el diámetro de la sección de la garganta
47 del yunque de engarce 43;
OD es el diámetro exterior de la sección
interior del mango 46 del collar 14 antes del engarce;
ID es el diámetro interior del collar 14 antes
del engarce;
Dm es el diámetro medio de las ranuras de
bloqueo 26 con crestas 38; y dl se considera un largo finita dentro
de la sección de la garganta 47 del yunque de engarce 43.
\vskip1.000000\baselineskip
Debe entenderse que en el área de la sección
final del mango 48 de grosor de pared reducido t', el diámetro
exterior OD' se utilizará en la determinación anterior. Además,
puesto que las crestas 38a-38g varían con anchos
Wa-Wg mientras que el ancho Wr de las ranuras de
bloqueo 26 permanece constante, el diámetro medio Dm estará
cambiando constantemente. Ver el CUADRO DE DIMENSIONES TÍPICAS. Así
la magnitud de sobreempaquetado también variará como se ha
observado.
En una forma de la invención, el pasador 12 y el
collar 14, de los materiales indicados, pueden tener dimensiones
típicas como se ha observado en el CUADRO DE DIMENSIONES TÍPICAS.
(una pulgada = 25,4 milímetros).
En esta representación, la sección de la
garganta 47 de la cavidad de engarce 45 se configuró junto con el
mango collar 42 para mejorar la acción de engarce en una carga
reducida con fuerza de compresión reducida en la cavidad de
atracción 29. Así, la cantidad de sobreempaquetado en el extremo
abierto exterior de la cavidad de atracción 29 en el área de la
cresta; 38a-38c fue fijado desde alrededor del 1% en
la cresta 38a hasta alrededor del 8% en la cresta 38c, mientras que
el sobreempaquetado en el área de las crestas
38d-38g fue desde alrededor del 9% en la cresta 38d
hasta alrededor del 15% en la cresta 38g. Puede observarse que la
baja magnitud inicial de sobreempaquetado en el área de crestas
38a-38c es, en parte, un resultado del grosor de
pared reducido t' en la sección final del mango collar 48.
Debe destacarse que el mango collar 42 podría
tener diversos grosores. Por lo tanto, mientras que los collares
hechos de titanio y aleación de acero, de resistencia similar,
pueden tener mangos tipo collar 42 sustancialmente iguales, el
mango collar 42 se podría hacer algo más grueso para un collar de
aluminio 14. Esto proporcionaría mayor sobreempaquetado y mejoraría
la resistencia de las crestas del collar de engarce. Al mismo
tiempo, como el aluminio es menos resistente, esto no daría lugar a
un exceso de engarce y cargas compresivas en la cavidad de
atracción 29 de un pasador común 12.
Debe destacarse que los valores anteriores de
materiales y dimensiones sirven de ejemplo solamente de una forma
de la invención y que la invención se puede aplicar a amarres de
diversos materiales, tamaños y configuraciones.
Por ejemplo, las Figuras 6a y 6b representan la
sección del mango de bloqueo para un pasador de diámetro más grande
que el pasador 12. Las Figuras 7 y 8 representan un collar para uso
con la sección del mango de bloqueo para uso con un pasador de un
diámetro particular y para una aplicación de carga particular. Así,
a excepción de las diferencias estructurales indicadas en el
siguiente ejemplo, el pasador y el collar de las Figuras
6a-8 se pueden considerar sustancialmente iguales
que el pasador 12 de las Figuras 1, 1a y 1b y el collar 14 de las
Figuras 3 y 4. Por lo tanto, en los siguientes ejemplos, componentes
y elementos similares en la representación de las Figuras 6a, 6b, 7
y 8 se dan las mismas denominaciones que a componentes y elementos
similares en las Figuras 1, 1a, 1b, 3 y 4 con la adición de un
índice y, a menos que esté descrito de otra manera, puede
considerarse que tiene sustancialmente el mismo tipo de
estructura.
Así, mirando ahora las Figuras 6a y 6b, el
pasador 12' incluye una cavidad de atracción 29' que contiene una
diversidad de roscas de atracción helicoidales 56'. Las roscas de
atracción helicoidales 56' tienen crestas truncadas internas que se
extienden radialmente 58' y ranuras o raíces externas que se
extienden radialmente 60'. La cavidad de atracción 29' en su
extremo interior 62' se forma con un contorno arqueado y
generalmente hemisférico con un diámetro mínimo Dtc'
sustancialmente igual al diámetro Dtc' de las crestas 58'. Este
contorno arqueado hemisférico reduce cualquier concentración de
tensión.
La profundidad axial de la sección roscada de la
cavidad de atracción 29' se selecciona de modo que la sección de la
biela de conexión, tal como la sección de la biela 36, de un mandril
extraíble, tal como el mandril 30, se situará dentro de la cavidad
29' totalmente engranado con las roscas 56' de la cavidad de
atracción 29'.
Las ranuras de bloqueo 26' y las crestas 38' se
forman con diversos pasos, con el paso máximo P1' en la primera
ranura de bloqueo o la más exterior 26' y cresta 38', disminuyendo
gradualmente hasta el paso mínimo P7' en la última ranura de
bloqueo o la más interior 26' y cresta 38g'. En la Figura 6b se
muestra un paso intermedio P3'. Cada una de las ranuras de bloqueo
26' tiene una ancho Wr total uniforme y un contorno uniforme que
incluye las raíces 68'. Este contorno se muestra en la Figura 6b.
Así, los anchos de las crestas 38a'-38g' variarán
con el ancho Wa' de la cresta 38a' que es el ancho máximo y el ancho
Wg' de la cresta 38g' que es la anchura mínima. Esto proporciona
mayor fuerza de cizallamiento para las crestas 38a' y 38b' de las
ranuras de bloqueo 26' que para las crestas
38c'-38g' de las otras ranuras de bloqueo 26'. La
anchura adicional de las crestas 38a' y 38b' proporciona mayor
resistencia a la fuerza de compresión radial en el engarce en el
extremo abierto exterior de la cavidad de atracción 29'.
Las raíces 68' se forman uniformemente y están
generalmente arqueadas con un radio múltiple y diámetro de raíz
Dr'. Las crestas u hombros 38' se forman con diversos anchos de
cresta, tales como Wa', Wb', etc. Sin embargo, las raíces 68' y
crestas 38' están conectadas uniformemente con los flancos
principales 70', con un ángulo a1' sustancialmente inferior al
ángulo a2' en los flancos de carga 72'.
La resistencia anular de la cavidad de atracción
29' se incrementa proporcionando a la cresta 38a' la mayor ancho
Wa'. Al mismo tiempo, el extremo exterior axial de la cresta 38a' no
dispone de un extremo tipo ranura con diámetro reducido o extensión
de la cresta 38a'. La superficie del extremo exterior 49' de la
cresta 38a' está cónica radialmente hacia adentro con un ángulo At'
desde el diámetro Du' hasta un diámetro reducido. Ahora, en la
condición de agarre máximo cuando la sección del mango del extremo
exterior 48' del mango collar 42' está engarzada radialmente hacia
adentro, estará inicialmente y sólo parcialmente sobre la superficie
final cónica inclinada 49' con fuerza de compresión radial mínima
mediante la cual se inhibirá la distorsión del extremo exterior de
la cavidad 29'.
El collar 14' tiene un mango collar 42' de una
construcción escalonada modificada del mango collar 42 del collar
14. Así, el mango collar 42' tiene una construcción escalonada
múltiple y se ha reducido el grosor de la pared desde un grosor t
en la sección interior del mango 46', pasando por un grosor menor t'
en la sección intermedia 50, hasta un grosor mínimo t'' en la
sección final del mango 48'. Aquí el collar 14' tiene un orificio
pasante 44', con la primera sección de orificio 44'a en el extremo
interno, que se extiende a lo largo de la sección interior del
mango 46' y de la sección intermedia 50. Una segunda sección de
orificio 44'b de mayor diámetro se extiende a lo largo de la
sección final del mango 48'. El mango collar 42' tiene una
superficie externa escalonada radialmente hacia adentro que da
lugar a un grosor de pared reducido t' en la sección intermedia 50.
En este respecto, la transición en la superficie externa en la
reducción de diámetro se realiza con una sección de transición
cónica 51' que se inclina con un ángulo A'. Una vez más, se
selecciona la magnitud de la inclinación A' para facilitar el
movimiento de la sección de la garganta, tal como sección de la
garganta 47 de la cavidad 45 del yunque de engarce 43 de la
herramienta de instalación mientras se mueve desde el engranaje de
engarce de la sección final del mango 48' y la sección intermedia 50
hasta la sección interior del mango 46'. Por supuesto, el yunque de
engarce 43 se modificaría para acomodar el pasador 12' de un
diámetro mayor y el collar 14'.
La sección final del mango 48' y sección
intermedia del mango 50 cubren sustancialmente el extremo exterior
de la sección del mango de bloqueo 25' en el área de la cavidad 29'
y, por lo tanto, las ranuras de bloqueo externas 26' con crestas
38a' y 38b' de anchura creciente Wa' y Wb', respectivamente. Como se
ha indicado, el ancho Wr' de cada una de las ranuras de bloqueo 26'
y, por lo tanto, el volumen de las ranuras de bloqueo 26' es igual.
Así, la estructura escalonada del mango collar 42' con grosores de
pared t, t' y t'' se selecciona para proporcionar una fuerza de
compresión radial equilibrada en la sección del mango de bloqueo 25'
en el área de la cavidad de atracción roscada 29' para inhibir la
distorsión de la cavidad 29'. La orientación señalada de la
estructura escalonada del mango collar 42' relativa a las ranuras de
bloqueo 26' se mantendrá sobre el rango de agarre del amarre.
La construcción escalonada del mango collar 42'
proporciona empaquetado adecuado del collar en las ranuras de
bloqueo 26' en el área de la cavidad de atracción 29' y en las
ranuras de bloqueo 26' más allá de la cavidad de atracción 29' con
la carga de bajo engarce.
Además, como se indica anteriormente, mientras
que la sección del mango de bloqueo 25', como se muestra, tiene
siete ranuras de bloqueo 26', es común proporcionar pasadores del
mismo diámetro y generalmente del mismo contorno con entre cinco y
ocho ranuras de bloqueo. Con cada una de estas estructuras, el
extremo exterior de la sección del mango de bloqueo se equilibrará
de forma parecida a la sección del mango de bloqueo 25' con las dos
primeras crestas con la misma relación cresta-paso
que las crestas 38a' y 38b' y con la última cresta con la misma
relación cresta-paso que 38g' y con una superficie
inclinada final tal como la superficie 49'. Al mismo tiempo, el
ancho de la última cresta, tal como el ancho Wg' de la cresta 38g',
será la más corta. Los anchos de las crestas intermedias entonces
se encontrarán en diferentes magnitudes escalonadas.
Ahora, con tales pasadores con diferentes largos
de la sección del mango de bloqueo 25' y diferentes números de
ranuras de bloqueo 26', el collar correspondiente, tal como el
collar 14', tendrá un mango 42' de diferentes largos con la sección
interior del mango 46', la sección final del mango 48' y la sección
intermedia del mango 50 con variedad de longitud.
Como se ha indicado anteriormente, el ancho de
las raíces 68' de las ranuras de bloqueo 26' se seleccionará de
nuevo en parte para reducir al mínimo la carga de engarce cuando el
collar 14' esté fabricado con material muy resistente, como el
titanio. Al mismo tiempo, el ancho Wg' de la última cresta 38g' se
seleccionará para proporcionar suficiente fuerza como para resistir
el aplastamiento en el engarce cuando el collar 14' esté fabricado
con material muy resistente, como el titanio. Así, esta estructura
se optimiza para bajo engarce y para proporcionar sencillez y
menores costes de fabricación y retención simplificada del
inventario mientras que todavía proporciona una cierta optimización
para el funcionamiento sobre una gama de aplicaciones de carga con
collares 14' de diferentes materiales.
En esta representación de la invención, el
pasador 12' y el collar 14', de los materiales indicados, pueden
tener dimensiones típicas como se ha indicado en el CUADRO DE
DIMENSIONES TÍPICAS (una pulgada = 25,4 mm).
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Puede observarse que el largo axial l' de la
superficie inclinada final 49' para el pasador 12' es de un largo
relativo sustancialmente mayor que el largo l de la superficie
inclinada final 49 para el pasador 12. Además, el ángulo de
inclinación At' de la superficie final 49' es considerablemente
menor que el ángulo At de la superficie final 49 y, por lo tanto,
será generalmente diferente para cada diámetro de pasador. El ángulo
de inclinación At' acomoda el aumento de largo l' para proporcionar
el largo adicional para localizar la cavidad de atracción 29' en la
posición deseada concerniente a las ranuras de bloqueo 26'. Puede
observarse en las Figuras 1a y 6a que la cavidad de atracción 29 se
extiende dentro de la cresta 38e, mientras que la cavidad de
atracción 29' se extiende hasta un punto situado a mitad del camino
entre la cresta 38d' y la cresta 38e''.
Al igual que el pasador 12 del amarre 10, la
superficie cónica 49' y la primera cresta 38e de ancho máximo Wa'
ayudarán al extremo exterior de la cavidad de atracción 29' a
resistir las cargas compresivas en ese extremo. En este caso, el
largo combinado l' de la superficie cónica 49' y el ancho Wa' de la
primera cresta 38a' se extienden axialmente de forma sustancial
sobre los primeros cuatro pasos de rosca de las roscas de atracción
37' en la cavidad de atracción 29'. Esto supone aproximadamente dos
tercios de las roscas de atracción 37'.
La sección final del mango 48' del mango collar
42' también tiene una reducción doble de grosor hasta un grosor
mínimo t''. Aquí, la sección final del mango 48' de grosor reducido
t'' también sobreengranará la cresta 38a' con la sección intermedia
del mango 50 de un grosor reducido único t' sobreengranando las
crestas 38b'' y 38C, además de la cresta 38d'. Las características
anteriores se proporcionan para acomodar las cargas de engarce más
elevadas para el pasador 12' con mayor diámetro. Por supuesto, tales
variaciones se podrían efectuar para diversas aplicaciones de
tamaño y carga.
En este respecto, la magnitud de
sobreempaquetado indicada para los amarres 10 con el pasador 12 y el
collar 14 será similar para el pasador 12' y el collar 14'. El
sobreempaquetado en el extremo exterior de la cavidad de atracción
29' en el área de crestas 38a'-38c' estaría entre
aproximadamente un 1% a un 8%, mientras que el sobreempaquetado en
el área de crestas 38d'-38g' estaría en alrededor de
un 9% a un 15%.
Además, el pasador 12' puede utilizarse con un
mandril extraíble, tal como el mandril 30, pero modificado para
ajustarse al pasador 12' de mayor diámetro.
Como se ha observado anteriormente, en algunas
aplicaciones se utilizará un collar de doble terminación, por
ejemplo, con piezas metálicas. Se muestra un ejemplo en la Figura 9.
Por lo tanto, en los siguientes ejemplos, componentes y elementos
similares en la representación del collar de la Figura 9, se dan las
mismas denominaciones numéricas que a componentes y elementos
similares en las Figuras 4 y 8 con la adición de 100 y, a menos que
esté descrito de otra manera, puede considerarse que tiene
sustancialmente el mismo tipo de estructura.
Mirando ahora a la Figura 9, el collar 114 tiene
un mango collar simétrico 142 de una construcción escalonada con
grosor de pared reducido desde un grosor t en la sección intermedia
150 hasta un grosor mínimo t' en cada sección final del mango 148.
Aquí el collar 114 tiene un orificio pasante 144 de diámetro
uniforme. Así, la sección final del mango 148 o la sección
intermedia del mango 150 cubrirá sustancialmente el extremo exterior
de la sección del mango de bloqueo del pasador, tal como la sección
del mango de bloqueo 25, 25'. Así la estructura escalonada del
mango collar 142 con grosor de pared t y t' se selecciona para
proporcionar una fuerza de compresión radial equilibrada en la
sección del mango de bloqueo, tal como las secciones 25, 25', en el
área de la cavidad de atracción roscada 29, 29' para inhibir la
distorsión de la cavidad 29, 29'. La orientación conocida de la
estructura escalonada del mango collar 142 y la sección final del
mango 148 relativa a las ranuras de bloqueo, tales como las ranuras
26, 26' con crestas, tales como crestas 38a-38c, con
anchos Wa-Wc y crestas 38a'-38c'
con anchos Wa'-Wc', se mantendrá sobre el rango de
agarre del amarre. Aquí también las secciones finales del mango 148
están conectadas con la sección intermedia 150 mediante secciones de
transición cónicas 151 que se inclinan con un ángulo A''. De nuevo,
la magnitud de la inclinación A'' se selecciona para facilitar el
movimiento de la sección de la garganta, tal como la sección de la
garganta 47, de la cavidad de engarce, tal como la cavidad 45, para
engarzar el collar 114 en las ranuras de bloqueo. El collar de doble
terminación 114 sin brida, como las bridas 40, 40', sería el más
conveniente para asegurar piezas en las cuales lo que se engranara
mediante el collar 114 debería ser de una estructura tipo metálica y
no de un material compuesto y podría aplicarse a la sección del
mango de bloqueo 25, 25' desde cualquier extremo.
Así, puede verse que la presente invención puede
aplicarse con modificaciones a la sección del mango de bloqueo 25,
25' y al mango collar 42, 42' como se ha observado.
Claims (26)
1. Un sistema de sujeción que incluye un
sujetador de dos piezas para fijar varias piezas de trabajo (18,
20) juntas y una herramienta de instalación para instalar el
sujetador. El sujetador incluye un pasador (12) y un anillo tubular
(14); dicho anillo (14) posee un vástago de anillo (42) generalmente
recto adaptado para ensamblarse en los surcos de bloqueo (26) de
dicho pasador (12) en respuesta a una fuerza axial relativa o carga
de compresión que aplica dicha herramienta de instalación entre
dicho pasador (12) y dicho anillo (14). Esto proporciona la
magnitud deseada de carga de sujeción en las piezas de trabajo (18,
20) en respuesta a una magnitud de carga de compresión
predeterminada. Dicho pasador (12) posee un vástago de pasador
alargado (15) que está adaptado para colocarse en aberturas
alineadas (16, 17) en las piezas de trabajo (18, 20) y que termina,
en uno de sus extremos, en un cabezal alargado (22) adaptado para
enganchar una superficie en uno de los lados de las piezas de
trabajo (18, 20) y, en el extremo opuesto, en una sección ranurada
adaptada para extenderse más allá de una superficie opuesta en el
lado contrario de las piezas de trabajo (18, 20). Dicha sección
ranurada consiste en una parte de bloqueo que posee una pluralidad
de dichos surcos de bloqueo (26) caracterizados por tener
ranuras de pasador que se extienden circunferencialmente y por tener
rebordes de pasador asociados que terminan en crestas de pasador
(38a-38g). Dichos surcos de pasador poseen un grosor
efectivo Wr relativo al grosor efectivo W de las crestas
(38a-38g), donde la separación de las crestas
(38a-38g) y los surcos varía de la más larga en la
primera cresta (38a) y surco en el extremo externo del vástago de
pasador (15) a la más corta en la última cresta (38g) y surco. Cada
una de dichas ranuras del pasador posee una base alargada con
contorno generalmente liso. Dicho vástago del anillo (14) está
adaptado para ensamblarse en dichos surcos de bloqueo (26),
mediante los cuales las piezas de trabajo (18, 20) se fijan juntas
para definir la unión. Cuando se ensambla dicho anillo (14), los
surcos y rebordes del anillo (14) deben engranar dichos surcos y
rebordes del pasador. Dicho vástago del pasador (15) posee una
cavidad de tracción roscada (29) en su extremo externo. Dicha
herramienta de instalación posee un yunque con una cavidad de
compresión (29) que cuenta con una sección de compresión de entrada
efectiva y adaptada para sobreenganchar dicho vástago de anillo
(42) y, de ese modo, ensamblarlo radialmente dentro de dichos surcos
de bloqueo (26) y conectarlo eficazmente a un mandril (30). El
mandril posee una biela de conexión roscada (36) adaptada para que
pueda enroscarse en las roscas de dicha cavidad de tracción (29), y
gracias a esto puede aplicarse la fuerza axial relativa entre dicho
pasador y dicho anillo (14) mediante el uso de dicho yunque y dicho
mandril (30) para ensamblar dicho vástago de anillo (42) en dichos
surcos de bloqueo (26). Dicha parte de la biela de conexión (36)
puede desenroscarse de dicha cavidad de tracción (29) para retirarla
de dicho vástago del pasador (15) una vez que finaliza el
ensamblaje, que se caracteriza porque el grosor Wr de dichas
ranuras del pasador es sustancialmente uniforme en dicha sección de
bloqueo. El grosor W de dichas crestas (38a-38g)
varía: el grosor W más largo se ubica en el extremo externo del
vástago del pasador (15) y los grosores W siguientes son más cortos
en los pasos preseleccionados. El grosor W de dichas crestas
(38a-38g) en alineación radial con dicha cavidad de
tracción (29) se selecciona con el fin de proporcionar la
resistencia suficiente a dicho vástago del pasador (15) que se
encuentra en el área de dicha cavidad de tracción (29) para evitar
considerablemente la caída de dicho vástago del pasador (15) en
dicha cavidad de tracción (29) a causa de la carga de compresión
que provoca dicho vástago de anillo (42) en el ensamblaje. Dicho
vástago del anillo (42) posee un volumen predeterminado de material
que generalmente es mayor que el volumen disponible que definen
dicha sección de compresión de entrada efectiva y la sección
opuesta de dichos surcos de bloqueo (26) en las que se ensambla
dicho vástago del anillo (42) y donde el material de dicho vástago
del anillo (42) no engrana completamente en dicha base durante el
ensamblaje, lo que provoca que no rellene por completo dichos surcos
de bloqueo (26) después del ensamblaje. El vástago de dicho anillo
(42) es lo suficientemente largo para permitir que una cantidad
predeterminada de rebordes de dicho anillo (14) se engranen en una
cantidad correspondiente de dichas crestas del pasador
(38a-38g). Dicho vástago del anillo (42) posee un
orificio atravesándole de un diámetro relativo al diámetro de
cresta de dichas crestas del pasador (38a-38g) para
proporcionar un espacio libre seleccionado
antes de realizar el ensamblaje, lo que permite que se minimice la fuerza axial relativa para el ensamblaje.
antes de realizar el ensamblaje, lo que permite que se minimice la fuerza axial relativa para el ensamblaje.
2. El sistema de sujeción de la reivindicación 1
con dicho vástago de anillo (42) con una sección interna y una
sección externa. Dicha sección externa se ubica por encima de dicha
cavidad de tracción (29) y posee un grosor de pared reducido, en
comparación con dicha sección interna, para proporcionar compresión
a una carga de compresión reducida para ayudar a evitar la
deformación de dicho vástago del pasador (15) en dicha cavidad de
tracción (29).
3. El sistema de sujeción de la reivindicación 2
con dichos grosores de surcos Wr y grosores de cresta W antes
mencionados junto con un grosor de pared reducido de dicha sección
externa de dicho vástago del anillo (42) para proporcionar una
sobrecarga reducida y, por consiguiente, menores cargas de
compresión en dicha cavidad de tracción (29) en su extremo
externo.
4. El sistema de sujeción de la reivindicación 3
con dicha sobrecarga que varía entre el 1% en la primera cresta
(38a) y surco a aproximadamente el 15% en la última cresta (38g) y
surco.
5. El sistema de sujeción de la reivindicación 1
con dicho vástago de anillo (42) con una sección interna del grosor
de la primera pared conectada a una sección externa de grosor de
pared reducido y seleccionado de acuerdo con el grosor W más largo
de dichas crestas (38a-38g) en el extremo externo de
dicha vástago del pasador (15) para proporcionar compresión a una
carga de compresión reducida para ayudar a evitar la deformación de
dicho vástago del pasador (15) en dicha cavidad de tracción
(29).
6. El sistema de sujeción de la reivindicación 1
con dicho vástago de anillo (42) con una sección interna del grosor
de la primera pared, una sección externa de grosor de pared reducido
y una sección intermedia, conectada a dichas secciones interna y
externa, de un grosor de pared intermedio para proporcionar
compresión a una carga de compresión reducida para ayudar a evitar
la deformación de dicho vástago del pasador (15) en dicho cavidad
de tracción (29).
7. El sistema de sujeción que incluye un
sujetador de dos piezas para fijar varias piezas de trabajo (18,
20) juntas y una herramienta de instalación para instalar el
sujetador. El sujetador incluye un pasador (12) común y al menos
dos anillos tubulares (14) de materiales de diferente resistencia.
Cada anillo (14) posee un vástago de anillo (42) generalmente recto
adaptado para ensamblarse en los surcos de bloqueo (26) de dicho
pasador (12) en respuesta a una fuerza axial o carga de compresión
relativa que aplica la herramienta de instalación entre dicho
pasador (12) y dicho anillo (14). Esto proporciona la magnitud de
carga de sujeción deseada en las piezas de trabajo (18, 20) en
respuesta a una magnitud predeterminada de carga de compresión.
Dicho pasador (12) posee un vástago de pasador alargado (15)
adaptado para ubicarse en aberturas alineadas (16, 17) en las
piezas de trabajo (18, 20) y que termina, en uno de sus extremos, en
un cabezal alargado adaptado para enganchar una superficie en uno
de los lados de las piezas de trabajo (18, 20) y, en el extremo
opuesto, en una sección ranurada adaptada para extenderse más allá
de una superficie opuesta en el lado contrario de las piezas de
trabajo (18, 20). Dicha sección ranurada consiste en una parte de
bloqueo que posee una pluralidad de dichos surcos de bloqueo (26)
caracterizados por tener ranuras de pasador que se extienden
circunferencialmente y por tener rebordes de pasador asociados que
terminan en crestas de pasador (38a-38g). Dichos
rebordes de pasador poseen un grosor Wr efectivo relativo al grosor
W efectivo de las crestas (38a-38g), donde la
separación de las crestas (38a-38g) y los surcos
varía de la más larga en la primera cresta (38a) y surco en el
extremo externo de dicho vástago del pasador (15) a la más corta en
la última cresta (38g) y surco. Cada una de dichas ranuras del
pasador posee una base alargada con contorno generalmente liso.
Dicho vástago del collar (42) está adaptado para ensamblarse en
dichos surcos de bloqueo (26), mediante los cuales las piezas de
trabajo (18, 20) se fijan juntas para definir la unión. Cuando se
ensambla dicho anillo (14), los surcos y rebordes del anillo deben
engranar dichos surcos y rebordes del pasador. Dicho vástago del
pasador (15) posee una cavidad de tracción roscada como extremo
externo. Dicha herramienta de instalación posee un yunque con una
cavidad de compresión (29) que cuenta con una sección de compresión
de entrada efectiva adaptada para sobreenganchar dicho vástago del
anillo (42) y, de este modo, ensamblarlo radialmente dentro de
dichos surcos de bloqueo (26) y conectarlo eficazmente a un mandril
(30). El mandril posee una parte de la biela de conexión roscada
(36) adaptada para que pueda enroscarse en las roscas de dicha
cavidad de tracción (29), y gracias a esto puede aplicarse la
fuerza axial relativa entre dicho pasador y dicho anillo (14)
mediante el uso de dicho yunque y dicho mandril (30) para ensamblar
dicho vástago del anillo (42) en dichos surcos de bloqueo (26).
Dicha parte de la biela de conexión (36) puede desenroscarse de
dicha cavidad de tracción (29) para retirarla de dicho vástago del
pasador (15) una vez que finaliza el ensamblaje, que se
caracteriza porque el grosor Wr de dichas ranuras del
pasador es sustancialmente uniforme en dicha sección de bloqueo. El
grosor W de dichas crestas (38a-38g) varía: el
grosor W más largo se encuentra en el extremo externo de dicho
vástago del pasador (15) y los grosores W siguientes son más cortos
en los pasos preseleccionados. El grosor W de dichas crestas
(38a-38g) en alineación radial con dicha cavidad de
tracción (29) se selecciona con el fin de proporcionar la
resistencia suficiente a dicho vástago del pasador (15), que se
encuentra en dicha área de dicha cavidad de tracción (29), para
evitar considerablemente que caiga el vástago del pasador (15) en la
cavidad de tracción (29) a causa de la carga de compresión que
provoca dicho vástago del anillo (42) en el ensamblaje. Dicho
vástago del anillo (42) posee un volumen predeterminado de
material, que generalmente es mayor que el volumen disponible que
definen dicha sección de compresión de entrada y la sección opuesta
de dichos surcos de bloqueo (26) en las que se ensambla dicho
vástago del anillo (42) y donde el material de dicho vástago del
anillo (42) no engrana completamente en dicha base durante el
ensamblaje, lo que provoca que no rellene por completo dichos
surcos de bloqueo (26) después del ensamblaje. Dicho vástago del
anillo (42) es lo suficientemente largo para permitir que una
cantidad predeterminada de dichos rebordes del collar se engranen en
una cantidad correspondiente de dichas crestas del pasador
(38a-38g). Dicho vástago del anillo (42) posee un
orificio atravesándole de un diámetro relativo al diámetro de
cresta de dichas crestas del pasador (38a-38g) para
proporcionar un espacio libre seleccionado antes de realizar el
ensamblaje, lo que permite que se minimice la fuerza axial relativa
para el ensamblaje. Dicho pasador posee una estructura común
adaptada para fijar las piezas de trabajo (18, 20) en diferentes
aplicaciones en las que la carga de tracción que aplican las piezas
de trabajo (18, 20) en dicho sujetador pueden variar entre una
carga de tracción elevada a una carga de tracción reducida. El
primero de dichos anillos está fabricado en un material muy
resistente para aplicar una gran carga de tracción, y el otro
anillo está fabricado en un material menos resistente para la
aplicación de una carga de tracción reducida. Dicho pasador (12)
está fabricado en un material más resistente que el primero de
dichos anillos. El grosor W de dichas crestas
(38a-38g) se selecciona
para la aplicación de una gran carga de tracción con dicho anillo (14) fabricado con el material más resistente.
para la aplicación de una gran carga de tracción con dicho anillo (14) fabricado con el material más resistente.
8. El sistema de sujeción de la reivindicación 7
con dicho vástago de anillo (42) con una sección interna y una
sección externa. Dicha sección externa se ubica por encima de dicha
cavidad de tracción (29) y posee un grosor de pared reducido, en
comparación con dicha sección interna, para proporcionar compresión
a una carga de compresión reducida para ayudar a evitar la
deformación de dicho vástago del pasador (15) en dicha cavidad de
tracción (29).
9. El sistema de sujeción de la reivindicación 8
con dichos grosores de surcos Wr y grosores de cresta W junto con
un grosor de pared reducido de dicha sección externa de dicho
vástago del anillo (42) para proporcionar una sobrecarga reducida
y, por consiguiente, menores cargas de compresión en dicha cavidad
de tracción (29) en su extremo externo.
10. El sistema de sujeción de la reivindicación
9 con dicha sobrecarga que varía entre el 1% en la primera cresta
(38a) y surco a aproximadamente el 15% en la última cresta (38g) y
surco.
11. El sistema de sujeción de la reivindicación
7 con dicho vástago de anillo (42) con una sección interna del
grosor de la primera pared conectada a una sección externa de grosor
de pared reducido y seleccionado de acuerdo con el grosor W más
largo de dichas crestas (38a-38g) en el extremo
externo de dicho vástago del pasador (15) para proporcionar
compresión a una carga de compresión reducida para ayudar a evitar
la deformación de dicho vástago del pasador (15) en dicha cavidad
de tracción (29).
12. El sistema de sujeción de la reivindicación
7 con dicho vástago de anillo (42) con una sección interna del
grosor de una primera pared, una sección externa de grosor de pared
reducido y una sección intermedia, conectada a dichas secciones
interna y externa, de un grosor de pared intermedio para
proporcionar compresión a una carga de compresión reducida para
ayudar a evitar la deformación de dicho vástago del pasador (15) en
dicha cavidad de tracción (29).
13. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicha vástago de pasador (15) cuyo extremo externo termina en
una parte cónica que se inclina radialmente hacia adentro en
relación con la primera cresta (38a) y está en alineación radial
con las roscas en el extremo externo de dicha cavidad de tracción
(29).
14. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicho vástago de pasador (15) cuyo extremo externo termina en
una parte cónica que se inclina radialmente hacia adentro en
relación con la primera cresta (38a) y está en alineación radial
con las roscas en el extremo externo de dicha cavidad de tracción
(29). Dicha parte cónica se encuentra en alineación radial y posee
entre dos y cuatro roscas aproximadamente en el extremo externo de
dicha cavidad de tracción (29).
15. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicho vástago de pasador (15) cuyo extremo externo termina en
una parte cónica que se inclina radialmente hacia adentro en
relación con la primera cresta (38a) y está en alineación radial
con las roscas en el extremo externo de dicha cavidad de tracción
(29). Dicha parte cónica posee una longitud axial considerablemente
mayor que el grosor W de la primera cresta (38a).
16. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicha cavidad de tracción (29) que termina, en su extremo
interno, en una superficie generalmente arqueada con un diámetro
comúnmente equivalente al diámetro de la cresta de las roscas de
dicha cavidad de tracción (29).
17. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicha cavidad de tracción (29) que termina, en su extremo
interno, en una superficie generalmente arqueada con un diámetro
comúnmente similar al diámetro de la cresta de las roscas de dicha
cavidad de tracción (29). Dicha parte de la biela de conexión
roscada (36) de dicho mandril (30) es de una longitud roscada mayor
que la longitud de las roscas de dicha cavidad de tracción (29).
18. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con una proporción W/Wr del grosor W de la cresta al grosor Wr
del surco que varía en los pasos de aproximadamente el 50% en la
primera cresta (38a) y surco a aproximadamente el 25% en la última
cresta (38g) y surco.
19. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicha cavidad de tracción (29) con roscas cuyas bases
terminan en superficies generalmente planas, por lo que el diámetro
de la base puede minimizarse para mejorar la resistencia a la
compresión de dicha cavidad de tracción (29).
20. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicha cavidad de tracción (29) con roscas cuyas crestas
(38a-38g) terminan en superficies generalmente
planas, por lo que el diámetro de la cresta puede aumentarse. Al
aumentar el diámetro de las bases de las roscas de acople de la
dicha parte de la biela de conexión (39) se maximiza la resistencia
de las roscas de dicha parte de la biela de conexión (36).
21. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicha cavidad de tracción (29) con roscas cuyas bases
terminan en superficies generalmente planas, por lo que el diámetro
de la base puede minimizarse para mejorar la resistencia a la
compresión de dicha cavidad de tracción (29). Las roscas de dicha
cavidad de tracción (29) poseen crestas (38a-38g)
que terminan en superficies generalmente planas, por lo que el
diámetro de la cresta puede aumentarse. Al aumentar el diámetro de
las bases y las crestas (38a-38g) de las roscas de
acople de dicha parte de la biela de conexión (36), se maximiza la
resistencia de las roscas de dicha cavidad de tracción (29) y de
dicha parte de la biela de conexión (36).
22. El sistema de sujeción de la reivindicación
21 con dicha cavidad de tracción (29) que termina, en su extremo
interno, en una superficie generalmente arqueada con un diámetro
comúnmente similar al diámetro de la cresta de las roscas de dicha
cavidad de tracción (29).
23. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicha cavidad de tracción (29) con roscas cuyas bases
terminan en superficies generalmente planas, por lo que el diámetro
de la base puede minimizarse para mejorar la resistencia a la
compresión de dicha cavidad de tracción (29). Las roscas de dicha
cavidad de tracción (29) poseen crestas (38a-38g)
que terminan en superficies generalmente planas, por lo que el
diámetro de la cresta puede aumentarse. El grosor de las
superficies planas de las crestas (38a-38g) de las
roscas de dicha cavidad de tracción (29) es aproximadamente un 50%
más largo que el grosor de las superficies planas de las bases. Las
bases y las crestas (38a-38g) de las roscas de
acople de dicha parte de la biela de conexión (36) poseen
superficies planas y un contorno que coincide con el de las roscas
de la cavidad de tracción (29), gracias a lo cual se puede
maximizar la resistencia de las roscas de dicha cavidad de tracción
(29) y de dicha parte de la biela de conexión (36).
\newpage
24. El sistema de sujeción de la reivindicación
21 con dicha cavidad de tracción (29) que termina, en su extremo
interno, en una superficie generalmente arqueada con un diámetro que
comúnmente coincide con el diámetro de la cresta de las roscas de
dicha cavidad de tracción (29). Las roscas con dicha parte de la
biela de conexión (36) se extienden más allá que las roscas de
dicha cavidad de tracción (29).
25. El sistema de sujeción de la reivindicación
1 con dicho mandril (30) con una sección surcada de tracción
adaptada para que dicha herramienta de instalación la sujete, con
posibilidades de retirarla, con el fin de aplicar la fuerza axial
relativa para ensamblar dicho anillo (14) en dichos surcos de
bloqueo (26) y para que pueda desmontarse selectivamente de dicha
herramienta de instalación.
26. El sistema de sujeción de la reivindicación
7 con dicho mandril (30) con una sección surcada de tracción
adaptada para que dicha herramienta de instalación la sujete, con
posibilidades de retirarla, con el fin de aplicar la fuerza axial
relativa para ensamblar dicho anillo (14) en dichos surcos de
bloqueo (26) y para que pueda desmontarse selectivamente de dicha
herramienta de instalación.
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