ES2210839T3 - Mecanismo de apriete en espiral para elementos de sujecion roscado. - Google Patents
Mecanismo de apriete en espiral para elementos de sujecion roscado.Info
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Abstract
Un elemento de sujeción roscado que tiene un eje longitudinal y un cabezal, estando formado el cabezal para incluir superficies acoplables con mecanismo de apriete dispuestas alrededor del eje longitudinal, caracterizado porque al menos una de las superficies está configurada para definir un segmento de una espiral que tiene un punto (54) inicial espaciado a partir del eje (44) longitudinal del elemento de sujeción por un radio (Ri) inicial y que se extiende a un punto terminal externo en un radio que no es mayor que 3, 5 veces que el del radio inicial.
Description
Mecanismos de apriete en espiral para elemento de
sujeción roscado.
Esta invención se refiere a sistemas de apriete
para elementos de sujeción roscados, herramientas para su
fabricación y mecanismos de apriete para apretar los elementos de
sujeción.
Los elementos de sujeción roscados frecuentemente
usados en las aplicaciones industriales típicamente son apretados
por herramientas mecánicas a grandes velocidades y bajo cargas de
momento de torsión elevadas. Tales condiciones presentan
consideraciones de diseño difíciles, particularmente con respecto a
los sistemas de apriete y más particularmente, con elementos de
sujeción roscados que tienen una ranura acoplable con mecanismo de
apriete en el cabezal del elemento de sujeción. Idealmente, tal
sistema de apriete debería ser fácilmente fabricado, tanto para la
geometría de la ranura como del cabezal así como para las
herramientas asociadas para formar los mecanismos de apriete y
cabezal del elemento de sujeción para acoplarse a la ranura. La
resistencia del cabezal del elemento de sujeción no debería ser
adversamente afectada por la ranura. El mecanismo de apriete
debería ser fácilmente insertable en y fácilmente extraído de la
ranura. El mecanismo de apriete y la ranura, cuando coinciden,
distribuirían las cargas de esfuerzo uniformemente para evitar la
formación de regiones sumamente localizadas de esfuerzo que pudieran
dar como resultado la deformación de la ranura o mecanismo de
apriete o ambos, conduciendo al fallo prematuro del sistema de
apriete. El sistema de apriete debería resistir el efecto de
extracción de leva del mecanismo de apriete de la ranura cuando se
aprieta el elemento de sujeción. En muchas aplicaciones, es muy
importante que el elemento de sujeción deba ser capaz de resistir
varios ciclos, como en aplicaciones en las que los elementos de
sujeción deben ser extraídos para reparar o remplazar las piezas o
extraer y remplazar los paneles de acceso. El sistema de apriete
del elemento de sujeción idealmente debería ser capaz de tal ciclo
repetido, particularmente en los entornos en los que la ranura se
puede contaminar, pintar, corroer o de otro modo afectar
adversamente en el uso. En tales entornos, es esencial que el
sistema de apriete mantenga el acoplamiento de apriete al tiempo
que se aplica el momento de torsión en una dirección de extracción.
Puede ser necesario que el sistema de apriete sea capaz de aplicar
incluso niveles más altos de momento de torsión cuando se extrae el
elemento de sujeción, como puede ocurrir cuando el elemento de
sujeción se le aplica exceso de momento de torsión durante el
ensamblado inicial o cuando la corrosión se desarrolla en la
interfaz en los hilos de rosca acoplados o si el ciclo térmico de
los componentes ensamblados ha incremento el esfuerzo sobre el
elemento de sujeción. Cuando una o más de estas, y otras,
características pueden presentar consideraciones de competencia, se
pueden realizar compromisos de una a favor de otra.
Son de uso común una diversidad de
configuraciones de mecanismos de apriete y ranuras, incluyendo un
número de ranuras transversales, tales como las descritas en las
patentes de U.S. Re. 24.878 (Smith y col.); 3.237.506 (Muenchinger)
y 2.474.994 (Tomales). Otras geometrías de elementos de sujeción
incluyen geometrías de salientes múltiples del tipo descrito en la
patente de U.S. 3.763.725 (Reiland) y sistemas estriados de apriete
según se describen en la patente 4.187.892 (Simmons). La Patente de
U.S. 5.598.753 (Lee) incluye un elemento de sujeción a prueba de
manipulación con tres canales dispuestos simétricos ranurados
moleteados dentro del cabezal, teniendo cada canal un par de
paredes. La configuración para cada una de las paredes es circular.
También entre las configuraciones de ranura comunes está el sistema
Allen que es esencialmente una cavidad hexagonalmente formada de
pared recta receptiva a un mecanismo de apriete similarmente
conformado. Con la excepción de los sistemas estriados, típicamente
las paredes y caras del mecanismo de apriete y ranura se diseñan
para ajustar exactamente una con otra en un esfuerzo para lograr el
contacto cara a cara del apriete y las superficie apretadas. Con los
elementos de sujeción de ranura transversal, tal acoplamiento de
cara a cara puede ocurrir sólo, si lo hace, cuando el mecanismo de
apriete está apropiadamente alineado y asentado dentro de la
ranura. Como una cuestión práctica, sin embargo, para permitir que
el mecanismo de apriete sea insertado dentro de la ranura, tiene
que necesariamente haber alguna holgura entre los dos. La necesidad
de tal holgura es aún más crítica con ranuras que tienen
substancialmente paredes de apriete verticales, como en la patente
de Reiland 3.763.725 y los sistemas de cabezal de Allen. En todos
estos sistemas, el resultado práctico de la necesidad de tal
holgura es que se alcanza raramente la cara a cara substancial, área
de contacto amplia entre las superficies de ranura y mecanismo de
apriete, si lo hace. Con la mayor parte de los sistemas de apriete
para elementos de sujeción roscados, el mecanismo de apriete
concuerda con la ranura en el cabezal de una manera que da como
resultado un contacto de línea o punto más bien que un área de
contacto amplia cara a cara. El área real de contacto típicamente es
de forma substancial menor que el contacto cara a cara completo. En
consecuencia, cuando se aplica el momento de torsión por el
mecanismo de apriete, las fuerzas aplicadas al cabezal del tornillo
tienden a concentrarse en áreas localizadas dando como resultado
grandes esfuerzos localizados. Tal gran esfuerzo localizado puede
plásticamente deformar la ranura, formando rampas u otras
deformaciones que dan como resultado el desacoplamiento no
intencionado, prematuro del mecanismo de apriete desde la
ranura.
Se han reconocido las dificultades precedentes en
la técnica. Por ejemplo, la patente de U.S. 2.248.695 (Bradshaw)
describe un cabezal de tornillo y disposición con mecanismo de
apriete en el que el apriete y las caras apretadas del mecanismo de
apriete y el elemento de sujeción, respectivamente, están curvados
y ubicados excéntricamente con respecto al eje del tornillo. En el
elemento de sujeción de Brashaw, cualquier "curvatura adecuada"
tal como una espiral logarítmica o circular puede ser usada siempre
que esté orientada para unir o inmovilizar a la vez por el
acoplamiento por rozamiento. No obstante las exposiciones de
Bradshaw, los sistemas de apriete del elemento de sujeción últimos,
como los referidos más arriba, no parecen tener adoptadas las
exposiciones de Bradshaw de contar con el acoplamiento por
rozamiento.
Se encuentra entre los objetos generales de la
invención proporcionar un sistema de apriete para un elemento de
sujeción roscado que logre muchas de las características deseables
para los sistemas de apriete de elementos de sujeción roscados con
menos compromiso de las características de competencia como en el
caso de la técnica anterior.
En un aspecto, la invención proporciona un
elemento de sujeción según la reivindicación 1 más abajo. En un
segundo aspecto se proporciona aquí un mecanismo de apriete según
la reivindicación 25. Un tercer aspecto de la invención se define
en el troquel de la reivindicación 23 más abajo. Las
reivindicaciones subordinadas están dirigidas a características
preferidas u opcionales de la invención reivindicada. Se pueden
lograr las ventajas de la invención configurando el apriete y las
superficies apretadas del mecanismo de apriete y el elemento de
sujeción, respectivamente, para que se conforme a un segmento de
una espiral y, particularmente, en una configuración en espiral que
permite una holgura generosa y substancial entre el mecanismo de
apriete y la ranura durante la inserción y extracción del mecanismo
de apriete, aunque en la cual el mecanismo de apriete completamente
asentado se permite girar para tomar esa holgura. Las
configuraciones en espiral de las paredes de apriete del mecanismo
de apriete y las paredes acoplables del mecanismo de apriete de la
ranura son tales que cuando se acoplan las paredes en espiral, lo
hacen así sobre un área relativamente amplia aplicando y
distribuyendo de ese modo los esfuerzos sobre esa amplia área. El
apriete configurado en espiral y las paredes apretadas se orientan
para dirigir una porción mayor del momento de torsión aplicado
substancialmente normal al radio del elemento de sujeción con poca,
si la hubiera, dependencia del acoplamiento casi tangencial de
fricción. Las paredes de apriete del mecanismo de apriete de las
paredes acoplables del mecanismo de apriete de la ranura se pueden
formar para estar tan cerca de la vertical como sea práctico,
aunque es aceptable algún ángulo de inclinación lateral de diversos
grados. La configuración de las paredes de apriete permite grandes
niveles de momento de torsión que se van a producir sin inducir
fuerzas de efecto de extracción de leva axialmente dirigidas de
forma substancial que tienden a obligar el mecanismo de apriete
axialmente fuera de la ranura. Reduciendo al mínimo de este modo la
tendencia para el efecto de extracción de leva, la ranura puede ser
relativamente poco profunda, dando como resultado de ese modo un
cabezal de tornillo más fuerte como sería el caso con una ranura
convencional, profunda.
Un cabezal de elemento de sujeción que incorpora
la invención generalmente exhibe una porción central y una
diversidad de alas radiales por lo general, al menos dos de las
cuales tienen una pared acoplable al mecanismo de apriete en
espiral, que se extiende en el sentido de la altura. Las alas están
por lo general definidas por una ranura. Se pueden proporcionar las
ranuras en las cuales las superficies de apriete en espiral se
acoplan sólo en una dirección de instalación o sólo en una
dirección de extracción o en ambas direcciones de instalación y
extracción. Adicionalmente, las superficies en espiral pueden estar
dispuestas para tener diferentes longitudes y orientaciones de arco
de modo que la capacidad del momento de torsión puede ser mayor en
una dirección que en la otra. De este modo, un tornillo se puede
fabricar capaz de transmitir mayores cargas de momento de torsión
en una dirección de extracción que en la dirección de instalación
de modo que ese momento de torsión suficiente se puede siempre
aplicar para superar el momento de torsión que fue previamente
aplicado durante la instalación.
La configuración en espiral del mecanismo de
apriete acoplables y las caras de la ranura serán por lo general
configuradas y ubicadas con respecto al eje longitudinal del
tornillo de modo que cuando la cara del mecanismo de apriete
encuentra su cara de ranura asociada, tenderá a hacerlo
uniformemente a lo largo del área de acoplamiento común de esas
caras. La configuración en espiral de la cara del mecanismo de
apriete preferiblemente es substancialmente idéntica a la de la
cara de la ranura. En consecuencia, cuando se gira el mecanismo de
apriete para traer su cara en espiral y entra en acoplamiento con
la cara apretada de la ranura, el área de superficie total del
mecanismo de apriete se acoplará con la correspondiente área de
superficie total de la ranura. De este modo acoplada, el momento de
torsión continuado será aplicado desde el mecanismo de apriete a la
ranura con la mayor proporción de la fuerza siendo aplicada en una
dirección substancialmente perpendicular al radio del elemento de
sujeción. El perfil de la sección transversal del mecanismo de
apriete es un poco más pequeño que el de la ranura de modo que haya
una holgura generosa que incremente la capacidad del mecanismo de
apriete para ser insertado y extraído de la ranura. Las superficies
del mecanismo de apriete configuradas en espiral permiten que la
holgura sea adoptada durante la porción inicial del giro del
mecanismo de apriete de modo que cuando el mecanismo de apriete y
las paredes de apriete de la ranura se acoplen lo harán realizando
un contacto cara a cara amplio. En su forma más preferible, las
caras de espiral coincidentes del mecanismo de apriete y la ranura
están configuradas y orientadas de modo que sus caras en espiral
serán substancialmente paralelas una a otra a través del intervalo
de giro libre permitido del mecanismo de apriete dentro de la
ranura. Ventajosamente, las paredes acoplables en espiral del
mecanismo de apriete y la ranura están confinadas a la región de la
espiral en su porción más interna. el punto inicial de la espiral
se ubica en un radio definido a partir del eje longitudinal de giro
del elemento de sujeción y la longitud de la espiral que se
extiende a un punto es un múltiplo de ese radio inicial, hasta
alrededor de tres o tres veces y medio el del radio inicial.
En otro aspecto de la invención se proporciona un
troquel para formar una ranura en el cabezal de una pieza de
partida del elemento de sujeción en el cual el troquel incluye un
cuerpo principal que tiene un extremo curvado para formar una
porción del cabezal del elemento de sujeción y una extremidad
adaptada para formar la ranura de espiral de la invención en una
técnica de cabezal de máquina recalcadora de dos golpes. Las alas
radiales de la extremidad que se extienden pueden incluir una o dos
superficies en espiral adaptadas para formar superficies en espiral
complementarias cuando impactan contra el extremo del cabezal del
elemento de sujeción. Está dentro del alcance de la invención para
el sistema de apriete que se va a usar con elementos de sujeción
externamente apretados en los cuales la herramienta de apriete
define la ranura y las superficies apretadas sobre el elemento de
sujeción que se definen por superficies periféricas sobre el
cabezal del elemento de sujeción.
La invención puede proporcionar un sistema de
apriete para un elemento de sujeción roscado en el cual el momento
de torsión puede ser eficazmente transmitido mientras se reduce al
mínimo los esfuerzos localizados en el cabezal del tornillo y el
mecanismo de apriete.
La invención puede proporcionar un sistema de
apriete para un elemento de sujeción roscado en el cual las
superficies acoplables del mecanismo de apriete en el elemento de
sujeción están formadas con un perfil en espiral y se adaptan para
acoplarse por elementos con mecanismo de apriete idénticamente
perfilados en espiral.
La invención puede proporcionar un sistema de
apriete para un elemento de sujeción roscado en el cual el apriete
y las caras apretadas del mecanismo de apriete y el elemento de
sujeción respectivamente proporcionan una holgura generosa entre
las superficies de apriete cuando el mecanismo de apriete está
completamente insertado en la ranura al tiempo que todavía permite
el contacto de apriete cara a cara amplio del mecanismo de apriete
y las paredes de apriete de la ranura.
La invención puede proporcionar herramientas
nuevas para un sistema de apriete para elementos de sujeción
roscados.
Lo anteriormente expuesto y otros objetos y
ventajas de la invención se apreciarán más completamente a partir
de la siguiente descripción adicional de los mismos, con referencia
a los dibujos que se acompañan en los que:
la fig. 1 es una ilustración de un tornillo de
cabezal plano que tiene una ranura siendo una realización de un
elemento de sujeción según la presente invención;
la fig. 2 es una ilustración del mecanismo de
apriete según la invención adaptado para acoplarse con la ranura
del tornillo mostrada en la fig. 1;
la fig. 3 es una vista desde arriba del cabezal
de un tornillo que tiene, para facilitar la explicación, una ranura
en espiral saliente única simplificada según la invención con un
mecanismo de apriete, mostrado en sección, dentro de la ranura;
la fig. 4 es una ilustración similar a la fig. 3
en la cual el mecanismo de apriete se ha girado con relación al
tornillo para acoplar la cara en espiral del mecanismo de apriete
con la cara en espiral de la ranura;
la fig. 5 es un diagrama en coordenadas polares
de una espiral de espacio libre constante que define la forma más
preferible para el mecanismo de apriete acoplable y las paredes de
ranura según la invención;
la fig. 6 es un diagrama de fuerza que ilustra el
equilibrio de las fuerzas entre el mecanismo de apriete y la ranura
de la presente invención al tiempo que se aplica el momento de
torsión al elemento de sujeción por un mecanismo de apriete
insertado;
la fig. 7 es un diagrama de fuerza similar a la
fig. 6 que ilustra las fuerzas componentes desarrolladas entre un
mecanismo de apriete de la técnica anterior y la ranura en el que
el diseño del sistema depende del acoplamiento por rozamiento entre
el mecanismo de apriete y la ranura;
las figs. 8A-8E ilustran,
esquemáticamente, vistas desde arriba de los cabezales del elemento
de sujeción que tienen ranuras de alas múltiples en los cuales las
paredes de ranura perfiladas en espiral son acoplables por un
mecanismo de apriete girado en una dirección en el sentido contrario
a las agujas del reloj;
las figs. 9A-9D son ilustraciones
esquemáticas de configuraciones de ranura en forma de espiral que
tienen múltiples alas con las paredes de instalación y de
extracción de las alas, estando cada una provista de una
configuración en espiral:
la fig. 10A es una vista desde arriba esquemática
de un tornillo que tiene una ranura según la invención en la cual
las alas del tornillo están provistas de una instalación en espiral
asimétricamente configurada y paredes de instalación y de
extracción adaptadas para desarrollar más momento de torsión en una
dirección contraria a las agujas del reloj (de extracción) que en
una dirección en el sentido de las agujas del reloj (instalación),
y que muestra además el mecanismo de apriete en sección
transversal;
la fig. 10B es una ilustración del tornillo y
mecanismo de apriete de la fig. 10A en la cual se ha girado el
mecanismo de apriete, en el sentido contrario a las agujas del
reloj, en una dirección de extracción, con las paredes de
extracción en espiral del mecanismo de apriete y la ranura en
acoplamiento;
la fig. 11A es una vista desde arriba esquemática
de un tornillo de ranura de alas múltiples y mecanismo de apriete
en los cuales las caras acoplables del tornillo y mecanismo de
apriete en un sentido girado están formadas en una configuración en
espiral de espacio libre constante y las paredes de apriete
propuestas están formadas con una configuración en espiral
diferente, ilustrando además las paredes de instalación del
mecanismo de apriete que se han girado en acoplamiento con las
paredes de instalación de la ranura; y
la fig. 11B es una ilustración similar a la fig.
11A aunque en la cual el mecanismo de apriete se ha girado en el
sentido contrario a las agujas del reloj con relación al cabezal
del tornillo para acoplar las superficies en espiral de espacio
libre constante del mecanismo de apriete y la ranura.
La fig. 1 ilustra un elemento de sujeción 10
roscado a modo de ejemplo que tiene un cuerpo 12 con hilos de rosca
14 formados en un extremo y en un cabezal 16 con una ranura 18
formada en el otro extremo. El cabezal 16 puede estar formado en
una máquina recalcadora de dos golpes convencional en la cual el
extremo de la varilla u otro material a partir del cual se fabrica
el elemento de sujeción se soporta en una matriz de la máquina
recalcadora y su extremo del cabezal se impacta, primero con un
troquel que parcialmente forma el cabezal, y entonces con un
troquel de acabado que termina el cabezal y forma la ranura
acoplable al mecanismo de apriete. Se ilustra la ranura 18 teniendo
una porción 20 central y una diversidad de salientes (alas) 22 que
se extienden hacia fuera radialmente. La ranura en la realización
de la fig. 1 se forma de modo que cada una de sus alas 22 tiene una
pared 24 de instalación (asumiendo un hilo de rosca 14 derecho) y
una pared 26 de extracción. La pared 24 de instalación y la pared
26 de extracción preferiblemente están formadas para ser
substancialmente verticales, definiendo o aproximándose exactamente
a una superficie cilíndrica paralela al eje longitudinal del
tornillo. Las paredes de instalación y de extracción, y otras
superficies de la ranura, pueden estar formadas para incluir algún
ángulo de inclinación positivo, esto es, pueden apartarse
ligeramente en una dirección desde el fondo a la parte superior de
la ranura. A modo de ejemplo, un ángulo de inclinación positivo de
hasta alrededor de 6º no debería afectar adversamente la capacidad
de transmisión del momento de torsión del sistema para muchas
aplicaciones. El fondo de la ranura se puede definir por una pared
28 inferior cónica. El extremo radialmente exterior de cada ala
puede ser perfilado para proporcionar una transición suavemente
curvada entre la pared 24 de instalación y la pared 26 de
extracción del ala. La ranura también incluye una pared 32 de
transición interna entre la pared 24 de instalación de un ala 22 y
la pared 26 de extracción de la siguiente ala 22 contigua. Se
debería entender que la invención puede ser incorporada en elementos
de sujeción roscados en una amplia diversidad de configuraciones
que incluyen ranuras que tienen una o más alas en las que sólo una
de las paredes 24, 26 de extracción o instalación está provista de
un segmento perfilado en espiral.
La fig. 2 muestra un mecanismo de apriete 34
configurado para el acoplamiento con una ranura en espiral de alas
múltiples ilustrado en la fig. 1. El mecanismo de apriete 34 se
puede considerar que incluye un cuerpo 36 y una extremidad de alas
múltiples 38 formada en el extremo del cuerpo 36. La extremidad 38
incluye una porción 42 central a partir de la cual irradian una
pluralidad de alas 40. La pared 42 terminal del mecanismo de apriete
puede estar formada en una configuración cónica o de otro tipo.
Preferiblemente, la pared 42 terminal está configurada de modo que
cuando el mecanismo de apriete 34 se asienta completamente en la
ranura 18, permanecerá alguna holgura entre una porción de la pared
42 terminal y la pared 28 inferior de la ranura. Cada una de las
alas se puede considerar que tiene una pared 46 de instalación y una
pared 48 de extracción.
Aunque se contempla que la mayor parte, pero no
necesariamente todas, las aplicaciones emplearán una ranura de alas
múltiples y mecanismo de apriete, la invención se puede incorporar
en una realización de saliente único simplificado mostrada
esquemáticamente y de forma exagerada, en las figs. 3 y 4. El
cabezal 16 de tornillo, mostrado en planta, está provisto de una
ranura 18A de saliente único que define una pared 24A de
instalación y una pared 26A de extracción (asumiendo un elemento de
sujeción roscado a la derecha). Para facilidad de la explicación,
la pared 26 de extracción se forma en una configuración en espiral
porque su intersección con un plano perpendicular al eje 44 del
elemento de sujeción define una espiral. La pared 24A de
instalación se ilustra como substancialmente plana, extendiéndose
en una dirección radial general desde el punto inicial hasta el
extremo externo de la espiral. El mecanismo de apriete 34A se
ilustra en sección siguiendo el plano perpendicular al eje 44 del
elemento de sujeción en la superficie superior del cabezal 16 del
elemento de sujeción. El mecanismo de apriete 34A de saliente único
simplificado se puede considerar que tiene una pared 46A de
instalación y una pared 48A de extracción ambas de las cuales son
esencialmente idénticas en la forma geométrica de la sección
transversal a la pared 24A de instalación y a la pared 26A de
extracción de la ranura 18A. La pared 48A de extracción del
mecanismo de apriete 34A está formada para definir substancialmente
la misma espiral que la de la pared 26A de la ranura Al menos esa
porción de la extremidad del mecanismo de apriete 34A que se recibe
dentro de la envoltura definida por la ranura tiene paredes
orientadas a las paredes correspondientes paralelas de la ranura.
El mecanismo de apriete está dimensionado con respecto a la ranura
de modo que cuando se asienta en la ranura, una holgura 50
substancialmente uniforme puede existir entre las paredes de
apriete correspondientes del mecanismo de apriete y la ranura. La
holgura 50 entre la ranura y el mecanismo de apriete es generosa y
debería ser seleccionada para garantizar que el mecanismo de apriete
puede ser fácilmente insertado y extraído de la ranura bajo un
amplio intervalo de condiciones operacionales, que incluyen la
presencia de contaminantes, corrosión o similares en la ranura.
La fig. 4 es una ilustración esquemática del
mecanismo de apriete y la ranura de la fig. 3 con el mecanismo de
apriete que se ha girado en el sentido contrario al del las agujas
del reloj para acoplarse a la pared 48A de extracción en espiral
del mecanismo de apriete con la pared 26A en espiral
substancialmente en paralelo de la ranura. A partir de la fig. 4 se
puede observar que cuando el mecanismo de apriete se ha girado para
acoplar su superficie en espiral con la de la ranura, el espacio
libre 50 entre las paredes de extracción en espiral del mecanismo
de apriete y la ranura se ocupa totalmente mientras que el espacio
52 entre las paredes de instalación del mecanismo de apriete y la
ranura aumenta para definir un ángulo \theta que corresponde a la
cantidad de giro necesario para girar el mecanismo de apriete al
acoplamiento completo con la ranura. De este modo, según se gira el
mecanismo de apriete en una dirección del radio en espiral
decreciente, la holgura 50 se elimina y las superficies en espiral
se acoplan completamente sobre una amplia área de superficie. La
curva en espiral completa se selecciona y orienta para permitir la
transmisión del momento de torsión elevado. Idealmente, la
superficie en espiral completa del mecanismo de apriete se acopla a
la superficie en espiral completa de la ranura simultáneamente de
forma substancial sobre el área completa de la superficie. Tal
acoplamiento evita el desarrollo de puntos de elevada concentración
de esfuerzo, distribuyendo la carga aplicada amplia y
uniformemente.
Se debería entender que en la ilustración de las
figs. 3 y 4 el saliente único esquemático exagerado, la espiral
continúa desde su punto inicial, indicado en 54 en la fig. 4, hasta
su punto terminal, indicado por 56 en la fig. 4. Según la
invención, las caras coincidentes del mecanismo de apriete y la
ranura están dispuestas para conformarse a las porciones dispuestas
más internamente de la espiral que las porciones dispuestas más
externamente debido a que las porciones dispuestas más internamente
transmitirán una mayor porción de la fuerza aplicada como momento
de torsión, más bien que como una fuerza dirigida radialmente hacia
fuera que no contribuye a apretar el elemento de sujeción. De este
modo, se puede observar en la fig. 4 que la porción dispuesta más
radialmente hacia dentro de la espiral, sugiere, por ejemplo en 58,
que transmitirá más de la fuerza aplicada al momento de torsión del
elemento de sujeción que para la porción más radialmente hacia
fuera de la espiral, en 60, en la cual un componente
substancialmente mayor de la fuerza aplicada se dirige en una
dirección radialmente hacia fuera y es substancialmente menor en el
momento de torsión. Ventajosamente, las paredes configuradas en
espiral están dispuestas de modo que se emplean sus regiones más
radialmente hacia dentro. De este modo, en la aplicación práctica,
un elemento de sujeción fabricado según la invención incluiría el
segmento de la espiral indicado en 58 al tiempo que no debería
emplearse la porción representada por el segmento 60. Según se
describe más abajo con más detalle, las superficies en espiral se
orientan con respecto al eje 44 longitudinal del tornillo de modo
que la mayor porción del momento de torsión aplicada por el
mecanismo de apriete al elemento de sujeción servirá para girar el
elemento de sujeción más bien que para aplicar la fuerza
radialmente hacia fuera. Según se muestra, la transmisión del
elemento de torsión en una dirección de extracción sería mayor que
la que se aplicaría en una dirección de instalación (en el sentido
de las agujas del reloj). La orientación de las superficies en
espiral puede variar para proporcionar la proporción deseada entre
la instalación y las capacidades del momento de torsión de
extracción, dependiendo de la aplicación particular para el elemento
de sujeción.
La fig. 5 ilustra, en coordenadas polares, una
espiral ideal que tiene características deseables para usar en la
invención porque puede ser orientada con respecto al eje de giro
que corresponde al eje longitudinal de un elemento de sujeción
roscado y porque, cuando se gira de ese modo, como a través de un
ángulo \theta, permanecerá en paralelo y espaciada de la espiral
sin girar. Según se muestra en la fig. 5, la espiral ideal indicada
en la posición A, cuando se gira a través de un ángulo \theta a
la posición indicada en B, permanecerá en paralelo a la de la
posición A aunque estará espaciada de la que corresponde a la
posición A por un espacio libre indicado en C. Aunque la magnitud
del espacio libre C se incrementará según se incrementa el ángulo
\theta de giro, para cualquier ángulo \theta dado, el espacio
libre C permanecerá constante sobre la longitud de la espiral. La
geometría de la espiral de espacio libre constante se define por la
siguiente ecuación, expresada en coordenadas polares:
\theta= \sqrt{(R/R_{i})^{2}-
1} \textdiv Arcsen(R/R_{i})^{-1} -
(\pi/2)
en la
que:
\theta = el ángulo de giro (en radianes) de una
radial que cruza la curva a una distancia R del eje de giro
R_{i} = el radio inicial según se mide a partir
del eje de giro al punto inicial de la espiral; y
R = el radio de la espiral de un ángulo \theta
de giro, también medido a partir del eje de giro.
De lo anteriormente mencionado, se apreciará que
cuando el mecanismo de apriete está formado con paredes de apriete
que incorporan la espiral de espacio libre constante y es apretado
para acoplar las paredes en espiral de la ranura, la pared de
apriete en espiral sobre el mecanismo de apriete acoplará
completamente, y de forma simultánea, la correspondiente pared de
apriete en espiral sobre la ranura. Se debería entender que, según
se describe más arriba en conexión con la fig. 4, el gráfico de las
coordenadas polares de la fig. 5 está destinado simplemente a
ilustrar una espiral ideal en la cual el espacio libre entre las
posiciones giradas de la espiral es constante de modo que las
espirales puedan ser consideradas como en paralelo.
La(s) cara(s) en espiral sobre la
pared de apriete de un ala de la ranura está ubicada de modo que el
punto 54 inicial de la espiral está radialmente espaciado a partir
del eje 44 central de la ranura por un radio R_{i}. Esas
porciones de las caras en espiral que están ubicadas más cerca al
punto 54 inicial transmitirán una porción mayor del momento de
torsión aplicado en una dirección que apretará giratoriamente más
el tornillo que las porciones localizadas hacia fuera. La cara del
mecanismo de apriete en espiral y la ranura acoplable del mecanismo
de apriete serán más eficaces en transmitir el momento de torsión
configurando esas caras para conformar las porciones de la espiral
que están más exactamente dispuestas al punto 54 inicial. Las
paredes de transmisión de fuerza deberían ser curvadas para
conformarse a la porción de la espiral que se extiende desde R = 1
en la fig. 5 a no mayor que alrededor de R = 3,5 (indicado en el
punto 62) y, más preferiblemente, dentro del intervalo de R = 1 a
alrededor de R = 2. Considerado en términos del ángulo del arco
circular subtendido por la porción interna deseada de la espiral,
el ángulo puede incluir, como máximo, alrededor de 125º, más
preferiblemente alrededor de 90º o menos y, más preferiblemente,
alrededor de 45º o menos.
Las figs. 6 y 7 son diagramas de fuerza que
muestran los componentes de fuerza que actúan en un punto
arbitrario a lo largo de una superficie curvada de un mecanismo de
apriete acoplado y paredes de ranura. La fig. 6 ilustra un diagrama
de fuerza útil para valorar la presente invención. La fig. 6 muestra
un mecanismo de apriete 34B que tiene una pared 48B de apriete de
extracción en acoplamiento cara a cara, a lo largo de la interfaz
68 curvada, con la pared 26B de extracción de un cabezal 16B de
elemento de sujeción ranurado. La fig. 6 representa,
esquemáticamente, los vectores de fuerza cuando se aplica un momento
de torsión en el sentido contrario a las agujas del reloj, según se
sugiere en 70, alrededor del eje 44B del tornillo. En un punto
seleccionado de interés 72, el mecanismo de apriete 34B aplica una
fuerza 74 a la cara 26B de la ranura a lo largo de una dirección
que es normal a la interfaz 68. La fuerza 74 normal se determina en
un componente 76 que aplica sólo momento de torsión al tornillo y
otro componente 78 que genera radialmente hacia fuera esfuerzo de
compresión, aunque no momento de torsión. Adicionalmente, la fuerza
74 normal da como resultado el desarrollo de una fuerza 80 de
fricción dirigida a lo largo de una tangente 82 a la interfaz 68.
La fuerza 80 de fricción a su vez, se determina en un componente 84
que se añade al componente 76 de momento de torsión y otro
componente 86 que se opone y que se substrae con respecto al
componente 78 hacia fuera radial. La magnitud de la fuerza 80 de
fricción con relación a la fuerza 74 normal depende del coeficiente
de fricción que, por supuesto, variará con la suavidad, lubricidad
y suavidad de la superficie del material del tornillo. El
coeficiente de fricción puede, por ejemplo, oscilar entre alrededor
de 0,1 a 0,4, con un coeficiente de fricción de 0,4 siendo
seleccionado en el desarrollo de los diagramas de fuerza de las
figs. 6 y 7. De este modo, la fig. 6 ilustra que con la geometría
del apriete y de las paredes apretadas de la presente invención, se
produce el momento de torsión principalmente por el componente 108
de fuerza normal, incluso con un elevado coeficiente de fricción,
asumido para los fines de ilustración. La capacidad de transmisión
del momento de torsión de un elemento de sujeción que incorpora la
invención no depende, en ningún grado importante, del componente 84
vector de la fuerza de fricción.
La fig. 7 es un diagrama de fuerza similar al de
la fig. 6 aunque representando el efecto de una interfaz 68'
curvada de ranura del mecanismo de apriete que está orientado de
forma que una tangente 82' a la interfaz 68' curvada en un punto
72' será orientada casi más perpendicular en un radio trazado desde
el eje 44B' del tornillo al punto 72'. Tal disposición se tipifica
por la descrita en Bradshaw US-A- 2.248.695. A
partir de una comparación de la fig. 7 con la fig. 6 será evidente
que la configuración de la técnica anterior da como resultado una
carga radialmente hacia fuera substancialmente mayor del cabezal de
tornillo, según se muestra entre las diferencias en longitud de los
componentes 78' y 86' del vector, y es principalmente dependiente
en fenómenos de fricción con frecuencia imprevisibles y variables
para producir el momento de torsión. La dependencia, en la técnica
anterior, en la fricción es evidente comparando las contribuciones
relativas del componente 84' de fricción con el componente 76'. De
lo anteriormente expuesto, se puede apreciar que una línea
perpendicular a una tangente al segmento en espiral producirá un
ángulo en un radio desde el eje longitudinal hasta el punto
representativo de tangencia del grado al cual la fuerza aplicada por
el mecanismo de apriete será transmitida como momento de torsión al
elemento de sujeción. En la presente invención, sería preferible
que el ángulo no fuera menor que 17º y, más preferiblemente, que
fuera substancialmente mayor que 17º. La presente invención puede
proporcionar un sistema de apriete por el cual el elevado momento
de torsión pueda ser transmitido desde un mecanismo de apriete hasta
el elemento de sujeción con riesgo reducido de ceder o facturar el
cabezal del tornillo y sin dependencia importante en las
características de fricción.
Las figs. 8A-8E ilustran,
esquemáticamente, la incorporación de elementos de sujeción de
cabeza ranurada que materializa la invención e incluye dos a seis
alas 22A-22E. En estas realizaciones, las ranuras
son configurados para tener el perfil conformado en espiral sobre
las paredes de extracción para favorecer la mayor aplicación de
momento de torsión en una dirección de extracción que en una
dirección de instalación. En estas ilustraciones esquemáticas, las
paredes de instalación se muestran siendo substancialmente planas,
aunque se debería entender que la pared de instalación puede
adoptar cualquier forma deseable, incluyendo una forma en espiral
según se define aquí.
Las figs. 9A-9D ilustran el uso
de la invención en un sistema de apriete en espiral bidireccional
adaptado para desarrollar substancialmente el mismo momento de
torsión en las direcciones de extracción e instalación. En estas
realizaciones, las paredes de extracción y las paredes de
instalación de una o más de las alas están cada una provistas de
perfiles en espiral orientados en direcciones opuestas para
proporcionar las características concomitantes a la pared de
apriete perfilada en espiral, en ambas direcciones de instalación y
extracción. En las realizaciones ilustradas en las figs.
9A-9D, las paredes de instalación y de extracción
de un ala pueden ser esencialmente imágenes de espejo una de
otra.
Las figs. 10A y 10B ilustran un sistema de
apriete de alas múltiples en las que las alas (se muestran tres
para ilustración) incluyen paredes de apriete en espiral en las
direcciones de extracción e instalación aunque en las que una de
las paredes de apriete en cada ala es de mayor capacidad de momento
de torsión que la otra. Las realizaciones ilustradas en las figs.
10A y 10B proporcionan mayor capacidad de momento de torsión en la
dirección de extracción debido a que las paredes de apriete de
extracción tienen una mayor longitud de arco y área correspondiente
que las paredes de apriete de instalación. Debido a que las fuerzas
se aplican sobre un área de mayor superficie en la dirección de
extracción se puede aplicar mayor momento de torsión en esa
dirección.
Aunque la invención se puede poner en práctica
más eficazmente con la espiral de espacio libre constante descrita
anteriormente, se pueden proporcionar sistemas que incorporan
espirales que varían algo de la espiral de espacio libre
substancialmente constante más preferible al tiempo que todavía
proporcionan ventajas importantes sobre la técnica anterior. Las
figs. 11A y 11B ilustran un ejemplo de tal ranura y mecanismo de
apriete 34F en el cual la ranura incluye cuatro alas 22F, teniendo
cada una la pared 26F de apriete de extracción configurada para
tener un espiral de espacio libre constante y una pared 24F de
apriete de instalación que tiene una configuración en espiral
diferente que está orientada para dirigir la proporción más
importante de fuerza desde el mecanismo de apriete a la ranura en
un momento de torsión que produce la dirección. Las transiciones
90, 90', 92, 92' de las superficies de instalación y extracción
sobre cada una de las alas del mecanismo de apriete y ranura se
pueden formar en un perfil curvado. Para todas las realizaciones, es
deseable que se proporcione una holgura suficientemente generosa,
adecuada para la aplicación particular, entre las superficies de
apriete del mecanismo de apriete y las de las ranuras. A diferencia
de los sistemas de la técnica anterior en los cuales una holgura
substancial entre la envoltura definida por la superficie del
mecanismo de apriete y la envoltura de la ranura tiende a exagerar
la alta concentración de esfuerzos en un punto o línea de contacto,
los elementos de sujeción de la presente invención no se ven
substancialmente afectados por tales generosas tolerancias debido a
que la tolerancia es adoptada uniformemente según giran las
superficies de apriete configuradas en espiral a través del ángulo
\theta en acoplamiento con las superficies de ranura en espiral
coincidentes. A modo de ejemplo, un espacio libre de holgura del
orden de alrededor de 50 \mum a alrededor de 100 \mum totalmente
alrededor y entre la envoltura del mecanismo de apriete y la
envoltura de la ranura no debería afectar adversamente de manera
significativa la capacidad del momento de torsión del sistema.
La profundidad de la ranura puede depender de la
forma y dimensiones del cabezal del tornillo y el cuerpo, de cuyo
material se fabrica el elemento de sujeción así como las otras
dimensiones de la ranura. La profundidad debería ser seleccionada
para retener la resistencia del cabezal del tornillo adecuada,
particularmente con los tornillos 71 de cabezal plano de 100º en los
cuales el cabezal plano relativamente poco profundo típicamente
deja poco material dentro del cual puede penetrar la ranura antes
de que se comprometa la resistencia de la unión entre el cabezal y
el cuerpo. Aprovechando la ventaja de la presente invención para
proporcionar capacidad de momento de torsión incrementado que
resulta del contacto del área de superficie amplia entre el
mecanismos de apriete y la ranura, incluso en ranuras poco
profundas, los momentos de torsión de apriete elevado pueden
capacitar incluso tales tornillos de cabeza plana sin comprometer
la resistencia de la cabeza del tornillo.
Los mecanismos de apriete y ranuras de la
presente invención pueden ser fabricados en una máquina recalcadora
de dos golpes convencional. El troquel típicamente cados en una
máquina recalcadota de dos golpes convencional. El troquel
típicamente estará formado para incluir un cuerpo y una extremidad
que corresponde substancialmente a la geometría del mecanismo de
apriete, ilustrado en la fig. 2. Debido a que las dificultades
inherentes en la fabricación de la ranura que tienen paredes
perfectamente verticales, algunos ángulos de inclinación positivos
en las paredes de las ranuras, posiblemente del orden de 1º, pueden
dar como resultado incluso si se intentan fabricar paredes
verticales exactas. Tal ligera inclinación no debería afectar
significativamente el comportamiento del sistema de apriete
perfilado. Además, puede ser deseable formar la ranura incluyendo
intencionalmente un mayor ángulo de inclinación positivo; por
ejemplo, el ángulo de inclinación de la pared pudiera ser
incrementado a aproximadamente 5º a 6º a partir de la vertical sin
disminuir significativamente los beneficios de la invención. Los
troqueles pueden estar formados según las técnicas de conformación
de troqueles convencionales tales como los que se usan en el
troquelado a matriz. Los mecanismos de apriete según la invención
también pueden ser fabricados usando técnicas convencionales, tales
como el troquelado de una pieza en blanco del mecanismo de apriete
con una o más matrices conformadas para formar las alas de forma
deseada o, por afilando las puntas del mecanismo de apriete usando
especialmente afiladores para fresas conformadas.
Claims (32)
1. Un elemento de sujeción roscado que tiene un
eje longitudinal y un cabezal, estando formado el cabezal para
incluir superficies acoplables con mecanismo de apriete dispuestas
alrededor del eje longitudinal, caracterizado porque al
menos una de las superficies está configurada para definir un
segmento de una espiral que tiene un punto (54) inicial espaciado a
partir del eje (44) longitudinal del elemento de sujeción por un
radio (R_{i}) inicial y que se extiende a un punto terminal
externo en un radio que no es mayor que 3,5 veces que el del radio
inicial.
2. Elemento de sujeción según la reivindicación
1, y que tiene una ranura (18) acoplable con mecanismo de apriete
en un extremo del elemento de sujeción, teniendo la ranura una
porción (20) central; una diversidad de alas (22) que irradian
hacia fuera desde la porción central, estando definidas cada una de
las alas por un par de paredes (24, 26) laterales, estando al menos
una de las paredes laterales configurada para definir dicho
segmento de una espiral.
3. Elemento de sujeción según la reivindicación 1
ó 2, en el que ninguna porción del segmento en espiral tiene una
tangente en la cual una línea perpendicular forma un ángulo a un
radio desde el eje longitudinal al punto de tangencia que es menor
que 17º.
4. Elemento de sujeción según la reivindicación
1, 2 ó 3, en el que la espiral comprende una espiral de espacio
libre constante.
5. Elemento de sujeción según la reivindicación
4, en el que la espiral está definida por la ecuación
\theta= \sqrt{(R/R_{i})^{2}-
1} \textdiv Arcsen(R/R_{i})^{-1} -
(\pi/2)
en la
que:
\theta = el ángulo de giro (en radianes) de una
radial que cruza la curva a una distancia R del eje de giro
R_{i} = el radio inicial medido para formar el
eje de giro al punto inicial de la espiral; y
R = el radio de la espiral de un ángulo \theta
de giro, también medido a partir del eje de giro.
6. El elemento de sujeción según la
reivindicación 4, en el que el segmento de espiral definido por la
pared de apriete se extiende desde el punto inicial a un punto
terminal externo que radica en un radio que es aproximadamente tres
veces el del radio inicial.
7. Elemento de sujeción según la reivindicación
3, en el que el segmento de espiral definido por la pared de
apriete se extiende desde el punto inicial a un punto terminal
externo que radica en un radio que es aproximadamente dos veces el
del radio inicial.
8. Elemento de sujeción según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que el arco circunscrito por
la pared de apriete en espiral no es mayor que aproximadamente
125º.
9. Elemento de sujeción según la reivindicación
8, en el que el arco circunscrito por la pared de apriete en
espiral no es mayor que aproximadamente 90º.
10. Elemento de sujeción según la reivindicación
9, en el que el arco circunscrito por la pared de apriete en
espiral no es mayor que aproximadamente 45º.
11. Elemento de sujeción según la reivindicación
2 o una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10 como subordinadas
a la reivindicación 2, en el que cada una de las alas tiene una
pared (24) de instalación y una pared (26) de extracción y en el
que la pared de extracción tiene dicha configuración en
espiral.
12. Elemento de sujeción según la reivindicación
2 o una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10 como subordinadas
a la reivindicación 2, en el que cada una de las alas tiene una
pared (24) de instalación y una pared (26) de extracción y en el
que la pared de instalación está configurada para incluir dicha
espiral.
13. Elemento de sujeción según la reivindicación
2 o una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10 como subordinadas
a la reivindicación 2, en el que cada una de las alas (24) tiene
una pared (26) de instalación y una pared de extracción y en el que
las paredes de instalación y de extracción tienen dicha
configuración en espiral.
14. Elemento de sujeción según una cualquiera de
las reivindicaciones 11 a 13, en el que una de las paredes está
configurada para tener mayor capacidad de momento de torsión que la
otra.
15. Elemento según la reivindicación 14, en el
que la pared lateral con mayor capacidad de momento de torsión
comprende la pared (26) de extracción.
16. Elemento de sujeción según una cualquiera de
las reivindicaciones 11 a 13, en el que cada una de las paredes de
instalación y de extracción está configurada para tener
substancialmente igual capacidad de momento de torsión.
17. Elemento de sujeción según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en el que las paredes del ala son
simétricas alrededor de un plano radial que se extiende desde el
eje longitudinal del elemento de sujeción a través del ala.
18. Elemento de sujeción según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 16, en el que las paredes del ala están
simétricamente dispuestas alrededor de un plano radial que se
extiende desde el eje longitudinal del elemento de sujeción a
través del ala.
19. Elemento de sujeción según una cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, junto con una herramienta de
apriete para él, en combinación, teniendo la herramienta de apriete
superficies de apriete acoplables con las superficies acoplables
con mecanismo de apriete del elemento de sujeción, siendo las
superficies de apriete de la herramienta de apriete substancialmente
paralelas a las del elemento de sujeción pero siendo de un tamaño
en sección transversal diferente para permitir que el mecanismo de
apriete se acople con el cabezal del elemento de sujeción de modo
que sus superficies apretables y de apriete respectivas se puedan
separar por una holgura adaptada para permitir giro limitado del
mecanismo de apriete con respecto al elemento de sujeción, estando
configuradas las superficies en espiral del mecanismo de apriete y
del elemento de sujeción para permitir el contacto cara a cara
substancial y simultáneo cuando el elemento de apriete se gira a
través del ángulo de holgura y entra en acoplamiento con las
correspondientes caras del elemento de sujeción.
20. Elemento de sujeción y mecanismo de apriete
para él, según la reivindicación 19, teniendo el mecanismo de
apriete un cuerpo y una punta formada en el extremo del cuerpo.
21. Elemento de sujeción y mecanismo de apriete
según la reivindicación 19 ó 20, en el que el mecanismo de apriete
tiene superficies de apriete en espiral definidas por una espiral
de espacio libre constante.
22. Elemento de sujeción y mecanismo de apriete
según la reivindicación 21, en el que la espiral de las superficies
de apriete se define por la ecuación:
\theta= \sqrt{(R/R_{i})^{2}-
1} \textdiv Arcsen(R/R_{i})^{-1} -
(\pi/2)
en la
que:
\theta = el ángulo de giro (en radianes) de una
radial que cruza la curva a una distancia R del eje de giro
R_{i} = el radio inicial medido para formar el
eje de giro al punto inicial de la espiral; y
R = el radio de la espiral de un ángulo \theta
de giro, también medido a partir del eje de giro.
23. El elemento de sujeción y el mecanismo de
apriete según la reivindicación 22, en el que el punto terminal
está en un radio que no es mayor que tres veces el radio
inicial.
24. El elemento de sujeción y el mecanismo de
apriete según la reivindicación 23, en el que el punto terminal
está en un radio no mayor que aproximadamente dos veces el radio
inicial.
25. Un mecanismo de apriete para apretar un
elemento de sujeción con cabeza ranurada, teniendo el mecanismo de
apriete un cuerpo, una extremidad formada en el extremo del cuerpo,
teniendo la extremidad una porción central y una diversidad de alas
que irradian hacia fuera desde la porción central, teniendo cada
una de las alas una pared de instalación y una pared de extracción,
caracterizado porque las alas están configuradas de modo que
al menos una de las paredes de instalación o de extracción define
un segmento de una espiral que tiene un punto inicial espaciado del
eje longitudinal del elemento de sujeción por un radio inicial y se
extiende a un punto terminal externo en un radio que no es mayor
que 3,5 veces el del radio inicial.
26. Un mecanismo de apriete según la
reivindicación 25, en el que ninguna porción del segmento en
espiral tiene una tangente a la que una línea perpendicular forma
un ángulo en un radio desde el eje longitudinal al punto de
tangencia que es menor que 17º.
27. Un mecanismo de apriete según la
reivindicación 25 ó 26, en el que la espiral comprende una espiral
de espacio libre constante.
28. Un mecanismo de apriete según la
reivindicación 25, 26 ó 27, en el que la espiral está definida por
la ecuación:
\theta= \sqrt{(R/R_{i})^{2}-
1} \textdiv Arcsen(R/R_{i})^{-1} -
(\pi/2)
en la
que:
\theta = el ángulo de giro (en radianes) de una
radial que cruza la curva a una distancia R del eje de giro;
R_{i} = el radio inicial medido para formar el
eje de giro al punto inicial de la espiral; y
R = el radio de la espiral de un ángulo \theta
de giro, también medido a partir del eje de giro.
29. Un troquel para formar el extremo del cabezal
de un elemento de sujeción de cabeza ranurada, teniendo el troquel
un cuerpo que tiene una cara configurada para formar y definir el
perfil externo del cabezal; una extremidad integral con el cuerpo y
que se extiende desde la cara, teniendo la extremidad una porción
central y una diversidad de alas que se irradian hacia fuera desde
la porción central, teniendo cada una de las alas una superficie
configurada para formar una pared de instalación y una pared de
extracción, caracterizado porque las alas están configuradas
de forma que al menos una de las paredes de instalación o de
extracción define un segmento de una espiral que tiene un punto
inicial espaciado del eje longitudinal del elemento de sujeción por
un radio inicial y se extiende a un punto terminal externo en un
radio que no es mayor que 3,5 veces el del radio inicial.
30. Un troquel según la reivindicación 29, en el
que ninguna porción del segmento en espiral tiene una tangente en la
cual una línea perpendicular forma un ángulo a un radio desde el
eje longitudinal al punto de tangencia que es menor que 17º.
31. Un troquel según la reivindicación 30, en el
que la espiral comprende una espiral de espacio libre
constante.
32. Un troquel según las reivindicaciones 29, 30
ó 31, en el que la espiral está definida por la ecuación
\theta= \sqrt{(R/R_{i})^{2}-
1} \textdiv Arcsen(R/R_{i})^{-1} -
(\pi/2)
en la
que:
\theta = el ángulo de giro (en radianes) de una
radial que cruza la curva a una distancia R del eje de giro
R_{i} = el radio inicial medido desde el eje de
giro al punto inicial de la espiral; y
R = el radio de la espiral de un ángulo \theta
de giro, también medido a partir del eje de giro.
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