ES2246868T3 - Bulon ciego de alta resistencia con fuerte sujecion uniforme sobre una gama amplia de largos de sujecion. - Google Patents

Abstract

Un bulón ciego (10) para asegurar una pluralidad de piezas de trabajo (46, 56) con una carga de sujeción de diseño, donde las piezas de trabajo tienen orificios (60, 62) alineados dentro y tienen una superficie lateral (44) accesible y una superficie lateral ciega (58) y adaptada para ser instalada por una fuerza axial relativa aplicada por una herramienta de instalación desde la superficie lateral (44) accesible de las piezas de trabajo, comprendiendo dicho bulón ciego (10): un pasador (12), que tiene una cana de pasador alargada (22) que termina en un extremo en una cabeza de pasador alargada (20) y que tiene en el otro extremo una porción roscada (26), incluyendo dicha cabeza de pasador (20) una superficie (21) de acoplamiento de un manguito sobre un lado inferior del mismo, donde un ángulo entre dicha superficie (21) de acoplamiento del manguito y dicha caña de pasador alargada (2) está aproximadamente entre 88 y 90º; un maguito tubular (16) generalmente alargado, adaptado para recibirdicha caña de pasador (22), incluyendo dicho manguito tubular (16) una primera porción de caña de manguito, adaptada para ser colocada en los orificios (60, 62) alineados en las piezas de trabajo (46, 56) y un segunda porción de caña de manguito (35) que está localizada sobre dicha caña de pasador (22) entre dicha cabeza de pasador (20) y dicha primera porción de caña de manguito y dispuesta para acoplarse con dicha superficie (21) de acoplamiento del manguito de dicha cabeza de pasador 820), teniendo dicha segunda porción de caña de manguito (35) una porción de banda (35) de una longitud axial predeterminada, teniendo dicha porción de banda (35) una dureza menor que la dureza de la primera porción de caña de manguito; una tuerca roscada (14) para acoplamiento de dicha porción roscada (26) de dicha caña de pasador y conectada operativamente con dicho manguito tubular (16) y adaptada para ser acoplada por la herramienta de instalación, por lo que la fuerza axial relativa puede ser aplicada por la herramienta de instalación entre dicho pasador (12) y dicha tuerca (14) para sujetar las piezas de trabajo (46, 56) juntas con una fuerza axial relativa de una primera magnitud.

Description

Bulón ciego de alta resistencia con fuerte sujeción uniforme sobre una gama amplia de largos de sujeción.

La presente invención se refiere a dispositivos de fijación de piezas múltiples y más particularmente a un bulón ciego de alta resistencia del tipo de par roscado o del tipo de tracción, que utilizan una construcción estampada y que proporcionan una carga de sujeción final alta de las piezas de trabajo aseguradas juntas. Tales dispositivos de fijación ciegos, aunque de utilidad general, pueden ser particularmente útiles en construcciones que utilizan secciones cerradas, tales como vigas o columnas de caja, puentes y similares y, más particularmente, en aplicaciones en las que la accesibilidad por un lado de la pieza de trabajo está bloqueada o limitada.

Los dispositivos de fijación de la presente invención se refieren también generalmente a dispositivos de fijación de bulón ciego de piezas múltiples, que incluyen un manguito principal, un manguito expansible o un pasador, donde el manguito expansible se expande radialmente para formar una cabeza ciega en respuesta a una fuerza axial relativa aplicada a través del pasador. A este respecto, el bulón ciego de la presente invención está relacionado con las patentes de los Estados Unidos Nº 5.603.592, publicada el 18 de Febrero de 1997 para High Strength Blind Bolt With Uniform High Clamp Range Over An Extended Grip Range ("la patente '592"); 5.178.502, publicada el 12 de Enero de 1993 para High Strength Blind Bolt ("la patente '502"); y 5.213.460, publicada el 25 de Mayo de 1993 para High Strength Blind Bolt With Uniform High Clamp Range Over An Extended Grip Range ("la patente '460"). En la patente de los Estados Unidos Nº 5.603.592 se describe una construcción de bulón ciego que utiliza una construcción de pasador de tuerca roscada y núcleo del tipo controlado por tensión. Un miembro de ranura está acoplado de forma roscada con una porción roscada de la caña del pasador. Una porción dividida está localizada en el extremo terminal de la caña del pasador. Se utilizan una herramienta de instalación que tiene un miembro de casquillo central adaptado para acoplarse con la porción dividida y un miembro de llave exterior adaptado para agarrar la tuerca para aplicar un par de torsión entre el bulón o pasador de núcleo y la ranura para proporcionar una rotación relativa, por la que la tuerca es enroscada sobre el pasador para alcanzar la sujeción deseada. Una pareja de manguitos, un manguito expansible y un manguito principal, localizados sobre el pasador cooperan para formar una cabeza ciega en respuesta al par de torsión aplicado.

Como resultado del par de torsión aplicado entre la tuerca y el pasador, la tuerca transmite inicialmente una fuerza axial al manguito principal a través de un ajustador del agarre. Al mismo tiempo, el pasador tiene una cabeza alargada que transmite una fuerza axial opuesta contra el manguito expansible. A medida que se incrementan el par de torsión y la fuerza axial relativa resultante, el manguito expansible, que reacciona contra el manguito principal, se expande radialmente para forma runa cabeza ciega. Se proporciona una cabeza ciega de configuración uniforme sobre el alcance de agarre extendido del dispositivo de sujeción.

En esta etapa de la instalación, las piezas de trabajo no han sido sujetas hasta cargas de sujeción entre la tuerca y el ajustador del agarre y la cabeza ciega a través del pasador. Con el fin de llevar la cabeza ciega a acoplamiento con la superficie lateral ciega, el ajustador del agarre está provisto con un miembro de resistencia o de cizallamiento rompible, que está en comunicación de bloqueo con una cavidad. La estructura de cizallamiento o de resistencia rompible está adaptada para romperse a una magnitud previamente seleccionada de fuerza axial relativa, de tal manera que la cavidad, que no está ya bloqueada, está ahora accesible, permitiendo el movimiento axial del manguito principal lejos o fuera de la relación de soporte de carga con el manguito expansible; esto permite que la cabeza ciega totalmente formada se ponga en contacto con la superficie lateral ciega de las piezas de trabajo sin ninguna limitación axial desde el manguito principal, que se ha movido de una manera substancialmente libre fuera de acoplamiento de soporte de carga con el manguito expansible. A continuación, las piezas de trabajo son colocadas juntas por la aplicación adicional de par de torsión, de tal manera que la fuerza axial relativa resultante actúa substancialmente sola entre la cabeza ciega a través del pasador y la tuerca. La fuerza que sujeta las piezas de trabajo juntas continúa incrementándose hasta que se alcanza una magnitud de par de torsión con la que una porción de cola dividida sobre el bulón o pasador de núcleo es fracturada desde el pasador. Esta carga de fractura determina la carga de sujeción final sobre las piezas de trabajo.

Esta estructura proporciona una capacidad de alcance de agarre amplio, en la que se forma una cabeza ciega de alta resistencia de una estructura uniforme sobre este alcance de agarre amplio. La cabeza ciega de estructura uniforme tiene la misma proyección lateral ciega sobre el alcance de agarre. Además, la construcción de bulón ciego proporciona una estructura, en la que se pueden utilizar materiales de alta resistencia, dando lugar a un dispositivo de sujeción de alta resistencia, consiguiendo al mismo tiempo una fuerza de sujeción uniforme y grande.

Sin embargo, el dispositivo de sujeción requiere dos manguitos para funcionar. El manguito de bulbo expansible está fabricado de un acero relativamente blando, que es capaz de abombarse con cargas bajas y que es capaz también de formarse alrededor la cabeza del pasador. El manguito principal está fabricado de acero endurecido, capaz de actuar como un punzón para cortar el miembro de cizallamiento.

La patente '592 describe que se puede utilizar un manguito de una pieza (ver la columna 10, líneas 40-42), pero no describe una forma de realización de este tipo. De una manera simular, la patente '460 describe que se puede utilizar un manguito de una pieza (ver la columna 16, líneas 13-15), pero no describe una forma de realización de este tipo. Por lo tanto, dados los diferentes requerimientos para los dos manguitos (el manguito principal debe estar endurecido para cortar el miembro de cizallamiento, el manguito expansible debe ser suficientemente blando para abombar y formar una cabeza ciega), ambas patentes describen la fabricación del manguito principal y del manguito expansible a partir de aceros diferentes, cada uno de los cuales tiene una dureza diferente. Ni la patente '592 ni la patente '460 describen cómo se fabrican un manguito de una pieza a partir de un solo tipo de acero, cumpliendo todos los requerimientos de los dos tipos de manguito, a los que sustituye.

La presente invención es una mejora sobre el diseño del dispositivo de sujeción descrito en la patente '592. Una forma de realización del dispositivo de sujeción ciego tiene un pasador con una porción de cabeza alargada, una porción de caña y una porción de agarre. Un manguito individual esté previsto entre la porción de cabeza alargada y el miembro rompible y la tuerca. Puesto que solamente se utiliza un manguito individual, el manguito individual está optimizado para tener una porción que se abombará de una manera adecuada bajo los parámetros deseados, al mismo tiempo que posee todavía una resistencia y una dureza suficientes para perforar el miembro rompible después de la formación del bulbo y para permitir la sujeción de las piezas de trabajo.

En una forma de realización preferida, el dispositivo de sujeción ha sido diseñado para que tenga propiedades de resistencia iguales o por encima de las propiedades de resistencia del dispositivo de sujeción descrito en la patente '592, a pesar de que tiene un diámetro general menor del dispositivo de sujeción y menos componentes. El número menor de componentes utilizados en el dispositivo de sujeción de la presente invención reduce el coste de fabricación y de montaje del dispositivo de sujeción en comparación con el dispositivo de sujeción de la patente '592.

En una forma de la invención, el manguito individual es de una construcción tubular generalmente recta de sección transversal generalmente uniforme, es decir, sin ningún cambio significativo de la sección transversal a lo largo de su longitud, y se forma la cabeza ciega, a través de carga de columna, abombando una porción del manguito expansible que está localizada más allá del lado ciego de las piezas de trabajo. La formación de la cabeza ciega en un lugar preseleccionado se facilita por recocido de una banda circular sobre el manguito expansible en el lugar deseado. La cabeza ciega abombada proporciona una superficie de soporte ampliada y, por lo tanto, es especialmente útil en aplicaciones, en las que las aberturas de las piezas de trabajo son substancialmente mayores que el diámetro efectivo del dispositivo de sujeción.

Aunque las características de la presente invención se muestran en combinación con un dispositivo de sujeción roscado, se puede comprender a partir de la patente de los Estados Unidos Nº 5.213.460 que algunas de estas características se pueden aplicar a dispositivos de sujeción del tipo de tracción y de tipo estampado. Al mismo, las características de la presente invención se pueden utilizar con dispositivos de sujeción que tienen la cabeza ciega formada por expansión radial de un manguito expansible por una porción saliente cónica sobre un miembro de manguito principal, ver las patentes de los estados Unidos nº 5.178.502 y 5.213.460.

Por lo tanto, el bulón ciego de alta resistencia de la presente invención se puede adaptar fácilmente para uso en aplicaciones que utilizan bulones de alta resistencia, tales como las que cumplen las especificaciones ASTM A325 o la F8T japonesa. También es deseable su uso donde se utilizan soldadura ciega, placas de tuercas y otros sistemas de fijación de construcción compleja en elementos estructurales tales como vigas de caja, donde no existe ningún acceso al lado trasero de la unión. A este respecto, el dispositivo de sujeción ciego de la presente invención está especialmente adaptado en la construcción de edificios, puentes y similares, donde una alta resistencia y durabilidad tienen una importancia considerable junto con la capacidad de proporcionar cargas de sujeción altas.

Como se verá, el ajustador de agarre puede ser de una construcción relativamente sencilla y se puede fabricar de un material de alta resistencia, donde la resistencia de la porción de resistencia o de cizallamiento rompible se puede ajustar a un nivel alto. A este respecto, esta construcción relativamente sencilla permite fácilmente que la carga para cizallamiento de la porción de resistencia rompible sea ajustada a un nivel suficientemente alto para garantizar la formación de la cabeza ciega y suficientemente bajo para romperse antes de alcanzar la carga de par final para la sujeción final y la rotura del cuello de rotura.

Por lo tanto, es deseable proporcionar una construcción de bulón ciego único que facilita el uso de materiales de alta resistencia, dando lugar a un dispositivo de sujeción de alta resistencia que tiene un alcance de agarre amplio.

También es deseable proporcionar una construcción de bulón ciego que incluye un ajustador de agarre único para proporcionar un alcance de agarre amplio.

Además, es deseable proporcionar un bulón ciego de alta resistencia único de una construcción que forma una cabeza ciega de alta resistencia que tiene una configuración uniforme deseada sobre un alcance de agarre amplio.

Es deseable proporcionar un bulón ciego de alta resistencia único, que proporciona una carga de sujeción final alta.

Es deseable proporcionar un bulón ciego de alta resistencia único utilizando una construcción roscada del tipo de control de tracción y proporcionando una carga de sujeción final uniforme sobre un alcance de agarre amplio.

Es deseable proporcionar un bulón ciego de alta resistencia único que tiene menos componentes que los diseños conocidos.

Es deseable proporcionar un bulón ciego de alta resistencia único que tiene un diámetro general reducido, que proporciona características de resistencia iguales o superiores a los diseños conocidos.

La presente invención proporciona un bulón ciego de acuerdo con la reivindicación 1.

Los objetos anteriores y otros objetos, rasgos característicos y ventajas de la presente invención así como los métodos de funcionamiento y las funciones de los elementos relacionados de la estructura, y la combinación de partes y economías de fabricación, serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y de las reivindicaciones anexas, tomadas en conexión con los dibujos que se acompañan, todos los cuales forman parte de la memoria descriptiva, en la que los mismos números de referencia designan partes correspondientes en las varias figuras.

La figura 1 es una vista en alzado lateral, con algunas porciones mostradas en sección, del dispositivo de sujeción de la presente invención en relación de montaje con piezas de trabajo que deben asegurarse juntas.

Las figuras 2a-e muestran una secuencia de instalación para el dispositivo de sujeción de la presente invención con algunas porciones mostradas en sección y algunas porciones mostradas de forma esquemática.

La figura 3a es una vista parcial de la cabeza de una forma de realización del pasador del dispositivo de sujeción de la presente invención.

La figura 3b es una representación gráfica de un fotograma de una sección real de una porción del dispositivo de sujeción ilustrado en la figura 3a después del abombamiento del manguito.

La figura 4a es una vista parcial de la cabeza de una forma de realización alternativa del pasador del dispositivo de sujeción de la presente invención.

La figura 4b es una representación gráfica de una fotografía de una sección real de una porción del dispositivo de sujeción ilustrado en la figura 4a después del abombamiento del manguito.

La figura 5a es una vista parcial de la cabeza de una forma de realización alternativa del pasador del dispositivo de sujeción de la presente invención.

La figura 5b es una representación gráfica de una fotografía de una sección actual de una porción del dispositivo de sujeción ilustrado en la figura 5a después de la formación del manguito.

La figura 6a es una vista parcial de la cabeza de una forma de realización alternativa del pasador del dispositivo de sujeción de la presente invención.

La figura 6b muestra una representación gráfica de una fotografía de una sección actual de una porción del dispositivo de sujeción ilustrado en la figura 6a después del abombamiento del manguito.

La figura 7a es una vista en sección de una forma de realización de un manguito del dispositivo de sujeción de la presente invención.

La figura 7b es una vista en sección de una forma de realización alternativa de un manguito del dispositivo de sujeción de la presente invención.

La figura 8a es una vista parcial del dispositivo de sujeción de la presente invención que utiliza el manguito de la figura 7a, después del abombamiento del manguito.

La figura 8b es una vista parcial del dispositivo de sujeción de la presente invención que utiliza el manguito de la figura 7b, después del abombamiento del manguito.

La figura 9a es una vista extrema de una forma de realización de una arandela de cizallamiento del dispositivo de sujeción de la presente invención.

La figura 9b es una vista en sección de la arandela de cizallamiento mostrada en la figura 9a.

La figura 10a es una vista extrema de una forma de realización alternativa de una arandela de cizallamiento del dispositivo de sujeción de la presente invención.

La figura 10b es una vista en sección de la arandela de cizallamiento mostrada en la figura 10a.

La figura 10c es una vista ampliada de una porción de la figura 10b tomada en el círculo 10c en la figura 10b.

La figura 11 es una vista en alzado lateral, con algunas porciones mostradas en sección, de una forma de realización alternativa del dispositivo de sujeción de la presente invención en relación de montaje con piezas de trabajo que deben asegurarse juntas, y

La figura 12 es un perfil típico de la dureza de la banda recocida del manguito de la presente invención.

Como se puede ver en la figura 1, un dispositivo de sujeción ciego 10 incluye un bulón o pasador de núcleo 12, una tuerca anular 14, un manguito tubular expansible 16 y una arandela de cizallamiento 18. El pasador 12 tiene una cabeza alargada 20 que tiene una superficie 21 de acoplamiento del manguito y un borde exterior cónico 23 para facilitar la inserción dentro de un manguito. El pasador 12 tiene también una caña alargada 22, que tiene una porción de caña lisa 24, una porción roscada 26, una ranura 28 de cuello de rotura y una porción de cola de agarre 30 para ser agarrada por una herramienta de instalación (ver la figura 2a). La ranura 28 de cuello de rotura tiene un área de la sección transversal reducida que está diseñada para rotura con una carga de par predeterminada a la terminación del ciclo de instalación. La porción de cola de agarre 30 incluye una pluralidad de muescas 32 que se extienden axialmente y en una forma de la invención, incluye una construcción convencional de doce muescas. La porción de agarre 30 incluye también una rosca de solape del mismo tamaño que la porción roscada 26 para acoplamiento de la tuerca 14 a medida que la tuerca 14 es enroscada sobre el pasador 12.

El manguito tubular expansible 16 es de una forma tubular generalmente uniforme, que tiene diámetros interior y exterior generalmente uniformes. El diámetro exterior es substancialmente el mismo o ligeramente menor que un diámetro exterior de la cabeza del pasador 20. El diámetro interior del manguito tubular está seleccionado para permitir que el manguito tubular se deslice sobre la caña del pasador 22 y para proporcionar una tolerancia deseada entre el manguito tubular 16 y la porción de caña lisa 24. El manguito tubular 16 incluye una superficie extrema 34 para acoplamiento con la superficie 21 de la cabeza del pasador 20 y una superficie extrema 36 para acoplamiento de la arandela de cizallamiento 18. El manguito tubular 16 está construido de acero endurecido, pero incluye una porción 35 que ha sido recocida para permitir y facilitar el abombamiento del manguito 16 después de la instalación del dispositivo de sujeción 10.

En la forma de realización preferida actualmente, como se ve mejor en las figuras 1, 9a y 9b, la arandela de cizallamiento 18 incluye un contra taladro 38 que tiene una superficie extrema 39 para acoplamiento con la superficie extrema 36 del manguito 16, un taladro pasante 40 para permitir al pasador 12 el paso a través del mismo, una superficie extrema 42 para acoplamiento con una superficie expuesta 44 de la pieza de trabajo 46 y una superficie extrema 48 para acoplamiento con una superficie extrema 50 de la ranura 14. Una segunda pieza de trabajo 56 tiene una superficie ciega 58 y un taladro 60 alineado con un taladro 62 en la pieza de trabajo 46.

La tuerca 14 tiene una superficie externa 51 con una forma hexagonal estándar para acoplamiento con la herramienta de instalación e incluye un contra taladro 52 que tiene un diámetro exterior suficientemente grande para recibir una porción extrema de manguito tubular 16 después del cizallamiento de la arandela de cizallamiento 18. La profundidad del contra taladro 52 está seleccionada para definir el alcance de agarre efectivo del dispositivo de sujeción. La tuerca 14 incluye también un taladro roscado 54 para acoplamiento roscado con la porción de agarre 30 y la porción roscada 26 de la caña alargada 32. La tuerca 14 puede estar provista con formas exteriores alternativas, según se desee, para acoplamiento de accionamientos de herramientas de instalación alternativas.

La arandela de cizallamiento 18 está provista con un espesor previamente seleccionado debajo del contra taladro 38 para definir una sección de cizallamiento adaptada para romperse con una carga de cizallamiento previamente seleccionada relacionada con la periferia del contra taladro 52 que resulta de la fuerza axial relativa entre el pasador 12, el manguito 16 y la tuerca 14. Las tolerancias relativamente estrechas entre el pasador 12, el manguito 16, el contra taladro 18 y el taladro roscado 54 de la tuerca mantienen los componentes de una relación generalmente coaxial.

En uso del dispositivo de sujeción 10, el manguito 16 y la caña del pasador 22 están adaptados para ser cargados y pasa extenderse a través de taladros 60 y 62 alineados en las piezas de trabajo 56 y 46, respectivamente, con la superficie 42 de la arandela de cizallamiento 18 que se acopla con la superficie 44 de la pieza de trabajo 46. A este respecto, la superficie 42 tiene una zona de soporte de carga efectiva suficientemente grande para proporcionar una distribución deseada sobre la superficie 44 de la pieza de trabajo 46 de las cargas de instalación del dispositivo de sujeción 10, así como las cargas de funcionamiento sobre las piezas de trabajo 46 y 56 después de la instalación del dispositivo de sujeción 10. Además, la superficie de soporte de carga opuesta 48 de la arandela de cizallamiento 18 se acopla con la superficie de soporte de la carga 50 de la tuerca y proporciona una superficie de soporte de la carga suficientemente grande para alojar las cargas de instalación y de funcionamiento. Los diámetros exteriores de la cabeza del pasador 20 y el manguito 16 están seleccionados para ajustar a través de los taladros alineados 60 y 62 en un ajuste de holgura deseado.

El dispositivo de sujeción 10 está adaptado para ser ajustado por par de torsión aplicado entre el pasador 12 y la tuerca 14 a través del acoplamiento roscado de la tuerca 14 sobre la porción roscada 26 del pasador 12. La figura 2a muestra el dispositivo de sujeción 10 insertado en las piezas de trabajo 46 y 56 y acoplado por una herramienta de instalación 70.La herramienta 70 es de una construcción generalmente conocida en la técnica y, por lo tanto, solamente se muestra una porción de la herramienta 70 y se han omitido detalles específicos de la misma para mayor simplicidad. La superficie exterior 51 de la tuerca 14 está adaptada para acoplarse por accionamiento por un miembro de casquillo tubular 72 de la herramienta de instalación 70 configurada para acoplarse de forma coincidente con la superficie exterior de la tuerca 14. La herramienta de instalación 70 incluye un miembro de casquillo interior 74, que está configurado para acoplarse de una manera coincidente con a porción de agarre ranurada 30 del pasador 12. En una forma de la herramienta, el miembro de casquillo interior 74 está desviado elásticamente, axialmente hacia delante para proporcionar acoplamiento suficiente con la porción de agarre 30. El miembro de casquillo exterior 72 y el miembro de casquillo interior 74 están adaptados para ser girados uno con respecto al otro. Por lo tanto, para instalar el dispositivo de sujeción 10, se aplica la herramienta 70 al extremo exterior del dispositivo de sujeción 10 con el miembro de casquillo exterior 72 en acoplamiento con la tuerca 14 y el miembro de casquillo interior 74 en acoplamiento con la porción de agarre 30 del pasador 12. Cuando la herramienta es activada, el miembro de casquillo exterior 74 es girado con relación al miembro de casquillo interior, por lo que la tuerca 14 es enroscada adicionalmente sobre la porción roscada 26 del pasador 12.

Existen dos variaciones convencionales de la herramienta de instalación 70. En el primer tipo, el miembro de casquillo interior 74 y el miembro de casquillo exterior 72 se pueden mover cada uno de ellos con respecto a la herramienta de instalación, dependiendo solamente del par de torsión relativo requerido para hacer girar el pasador o la tuerca. En este tipo de herramienta, al comienzo del ciclo de instalación, el miembro de casquillo interior 74 puede girar, mientras el miembro de casquillo exterior 72 puede permanecer estacionario, girando de esta manera el pasador 12 con relación a la tuerca estacionaria 14. A medida que los componentes del dispositivo de sujeción 10 se colocan en una relación de carga creciente con las piezas de trabajo 46 y 56, el miembro de casquillo exterior y la tuerca 14 girarán normalmente, mientras el miembro de casquillo interior 72 se mantiene estacionario.

En el otro tipo de herramienta de instalación 70, el miembro de casquillo interior 74 se mantiene siempre estacionario con respecto a la herramienta y solamente el miembro de casquillo exterior 72 gira con respecto a la herramienta de instalación. Por lo tanto, el pasador 12 está siempre retenido estacionario y la tuerca 14 es girada.

En cualquier caso, cuando esto ocurre, el pasador 12 se mueve axialmente con respecto a la tuerca 14. Al mismo tiempo, la desviación axial elástica sobre el miembro de casquillo interior 74 le permite moverse axialmente hacia atrás para alojar de esta manera el movimiento axial adicional del pasador 12 con relación a la herramienta 70. De esta manera, se desarrolla una fuerza axial relativa entre el pasador 12 y el manguito 16 en virtud del par de torsión aplicado por la herramienta 70 entre el pasador 12 y la tuerca 14.

Al mismo tiempo, a medida que el pasador 12 comienza a moverse axialmente a través de la rotación relativa con la tuerca 14, la fuerza axial relativa aplicada incrementa de esta manera la carga de columna sobre el manguito 16 provocando que se expanda radialmente hacia arriba (o bulbo)en la posición recocida 35 para definir totalmente una cabeza ciega 80 de una configuración abombada en un punto espaciado de dicha superficie lateral ciega 58 de la pieza de trabajo 56. Ver la figura 2b. En la forma de realización actualmente preferida, el bulbo está formado aproximadamente con una fuerza axial entre 50.000 y 53.000 libras. A medida que se incrementa la fuerza axial relativa, la arandela de cizallamiento rompible 18 se fractura a través de una sección de cizallamiento 82 en el taladro opuesto debajo del manguito 16. Ver la figura 2c.En la forma de realización actualmente preferida, la arandela de cizallamiento se fractura aproximadamente entre 57.000 y 61.000 libras de fuerza axial. Esto permite a la sección de cizallamiento 82 y al manguito 16 comenzar a entrar en el taladro opuesto 52 en la tuerca 14 y retira cualquier carga axial substantiva sobre la porción del manguito 16 debajo de la cabeza ciega abombada 80. La sección de cizallamiento 82 de la arandela de cizallamiento 18 es seleccionada para que sea suficientemente resistente para aceptar la magnitud de la fuerza axial relativa requerida para formar substancialmente del todo la cabeza ciega abombada 80 antes del cizallamiento.

La rotación continuada de la tuerca 14 con relación al pasador 12 continuará el movimiento axial del pasador 12 y del manguito 16, moviendo la cabeza ciega 80 en contacto con la superficie ciega 58 de la pieza de trabajo 56 y la carga del dispositivo de sujeción 10 con respecto a las piezas de trabajo 46 y 56 hasta que se obtiene una fuerza de sujeción deseada. La fuerza de sujeción deseada será determinada por la fuerza a la que la muesca del cuello de rotura 28 está diseñada para que se rompa, limitando de esta manera que sea aplicada cualquier fuerza de instalación adicional al dispositivo de sujeción 10 por la herramienta de instalación 70. La aplicación de la fuerza de sujeción puede continuar también para expandir ligeramente la cabeza ciega abombada 80 antes de la rotura de la muesca del cuello de rotura 28. Ver las figuras 2d y 2e que muestran el dispositivo de sujeción 10 instalado en las piezas de trabajo y cargados hasta el punto de fractura de la muesca de cuello de rotura 28, que se produce, en la forma de realización actualmente preferida, aproximadamente entre 66.000 y 71.000 libras de fuerza axial. La figura 2d muestra generalmente el espesor máximo de las piezas de trabajo, con el que el dispositivo de sujeción 10 está diseñado a resistir, como se ha mostrado. La figura 2e muestra generalmente el espesor mínimo de las piezas de trabajo, con el que el dispositivo de sujeción 10 está diseñado a resistir, como se ha mostrado.

El intervalo entre el espesor máximo y el espesor mínimo de las piezas de trabajo que el dispositivo de sujeción puede resistir se determina por la profundidad del taladro opuesto 52 en el que la sección de cizallamiento 82 de la arandela de cizallamiento 18 y el manguito 16 pueden entrar después del cizallamiento de la sección de cizallamiento 82. La profundidad axial del taladro opuesto 52 está seleccionada para que sea mayor que la distancia L desde una superficie extrema libre 83 de la cabeza ciega 80 del manguito expansible 16 hasta la superficie lateral ciega 58 de la pieza de trabajo 56 después de que la cabeza ciega 80 está totalmente formada, como se muestra en la figura 2b. La distancia L puede variar dependiendo del espesor total de las piezas de trabajo que son aseguradas juntas. En una condición de agarre mínimo, es decir, cuando las piezas de trabajo 46 y 56 tienen un espesor total mínimo, como se ve en la figura 2e, la distancia L será máxima y, por lo tanto, la profundidad del taladro opuesto 52 debería ser al menos ligeramente mayor que esta distancia máxima L para asegurar que la porción del manguito 16 debajo de la cabeza ciega 80 está retirada del acoplamiento de soporte de carga con el pasador 12 antes de que la superficie extrema libre 83 de la cabeza abombada 80 se acople con la superficie lateral ciega 58 en todas las condiciones de agarre dentro del intervalo de agarre del dispositivo de sujeción 10. Esto asegura que la superficie extrema 83 de la cabeza abombada 80 se mueva libremente en acoplamiento con la superficie lateral ciega 58 de la pieza de trabajo 56, como se muestra en as figuras 3d y 2e. Por lo tanto, la magnitud total de la carga axial relativa que resulta del par de torsión entre la tuerca 14 y el pasador 12 se aplica las piezas de trabajo 46 y 56 substancialmente sólo entre la tuerca 14, la arandela 18 y el pasador 12 a través de la cabeza del pasador 20 y de la cabeza abombada 80.

El número de roscas de la tuerca 14 que están acoplada con la porción de caña roscada del pasador 26 en acoplamiento final completo se selecciona para que sea suficiente para proporcionar el nivel deseado alto de sujeción de las piezas de trabajo 46 y 56 y para resistir la carga de tracción máxima de diseño sobre la unión resultante. Por lo tanto, la longitud de la porción roscada 54 de la ranura 14 se selecciona para que sea suficiente para proporcionar un número necesario de roscas para que resistan estas cargas sobre todo el acoplamiento roscado (ver la figura 2d). Al mismo tiempo, la longitud de la porción de caña roscada del pasador 26 se selecciona para proporcionar un acoplamiento roscado completo con las roscas de la tuerca 14 sobre todo el alcance de agarre del dispositivo de sujeción 10, proporcionando al mismo tiempo una longitud en proyección mínima después de la instalación. De esta manera, la longitud total del dispositivo de sujeción 10 se puede reducir al mínimo tanto en condiciones instaladas como no instaladas.

Con el fin de reducir al mínimo las cargas de par de torsión de instalación y de contribuir de esta manera al funcionamiento correcto de los componentes del dispositivo de sujeción y a la instalación adecuada consistente del dispositivo de sujeción, se ha encontrado que es deseable un lubricante de alta calidad, endurecido sobre película seca, tal como molidisulfuro sobre el pasador 12 y la superficie 48 de la arandela 18 para reducid la fricción entre las partes móviles del dispositivo de sujeción 10. En la práctica, aunque no se prefiere, se puede depositar lubricante también sobre las superficies exteriores de la arandela 18 durante el proceso de aplicación del lubricante. Este lubricante adicional se puede retirar entonces alternativamente de todas las superficies, excepto de la superficie 48. Un lubricante de molidisulfuro, tal como Kalgared FA fabricado por Kalgard Corporation se ha encontrado satisfactorio y se aplica después de un revestimiento de fosfato.

Es deseable un paqueado de electro-cinc resistente a la corrosión sobre la tuerca 14 y se prefiere un lubricante del tipo de cera, tal como parafina, sobre la superficie 50 de la tueca 14. El manguito 16 no está lubricado y/o revestido. Cuando la arandela de cizallamiento cizalla y la cabeza abombada 80 sobre el manguito 16 se mueve hasta la superficie 58 de la pieza de trabajo 56, la carga de sujeción se desarrolla entre las piezas de trabajo 46 y 56 por rotación de la tuerca 14 con relación al pasador 12 y contra la arandela estacionaria 18.

En algunas aplicaciones, además del revestimiento y/o del plaqueado aplicados sobre el pasador 12, la tuerca 14 y la arandela 18, puede ser deseable aplicar un aceite anticorrosión al manguito 16. Un tipo de aceite anticorrosión puede ser un aceite vendido bajo el nombre comercial LANACOTE por Amrep,
Inc.

El efecto del ángulo de la superficie 21 con relación al pasador 12 se muestra en las figuras 3 a 6. En diseños de la técnica anterior que utilizan dos manguitos, con el manguito de abombamiento relativamente blando, la superficie 21 estaba colocada en un ángulo de 12º por encima de un plano perpendicular a un eje del pasador 12. Esto se realizaba para guiar el material del manguito de abombamiento blando alrededor de la cabeza del pasador para formar un bulbo en forma de tulipa. Sin embargo, en el dispositivo de sujeción de la presente invención, se ha encontrado que tal "forma de tulipa" del manguito reduce la resistencia del dispositivo de sujeción 10. Por lo tanto, es deseable prevenir que el manguito relativamente duro del presente dispositivo de sujeción se mueva hacia arriba y se forme alrededor de la cabeza del pasador 20. También se ha encontrado que se pueden producir variaciones no deseables de la carga de sujeción si la esquina periférica exterior de la superficie 21 de la cabeza del pasador 20 se deforma permanentemente o incluso se cizalla. Por lo tanto, el ángulo de la superficie 21 es más crítico cuando se combina con el manguito más duro de la presente invención y ha sido diseñado para reducir al mínimo los inconvenientes mencionados anteriormente.

Se ha encontrado que el ángulo preferido es 1º por debajo de un plano perpendicular a un eje del pasador 12, como se muestra en la figura 3a. En otras palabras, éste es un ángulo de 89º entre la superficie 21 y la caña alargada 22. Se ha mostrado que este ángulo resiste la tendencia del manguito a montarse sobre la cabeza 20, además de reducir al mínimo el hinchamiento o cizallamiento de la esquina periférica exterior de la superficie 21 de la cabeza del pasador 20. Una representación gráfica de una foto real de una sección de un dispositivo de sujeción instalado previamente de la presente invención con una cabeza de pasador que tiene un ángulo de este tipo se muestra en la figura 3b. Se puede ver a partir de la figura 3b que el manguito no se ha montado sobre la cabeza del pasador 20 y que el hinchamiento de la esquina periférica exterior de la superficie 21 ha sido muy ligero. Esta forma de realización ha sido mostrada para mejorar la variación de la carga de sujeción entre dispositivos de sujeción múltiples.

La figura 4a muestra una forma de realización, en la que la superficie 21 ha sido provista con un ángulo de 5º por debajo de un plano perpendicular a un eje del pasador 12. Sin embargo, como se puede ver en la figura 4b, una representación gráfica de una foto real de una sección de un dispositivo de sujeción instalado anteriormente que tiene una cabeza de pasador con un ángulo de este tipo, esta forma de realización ha dado lugar a una deformación permanente significativa de la esquina periférica exterior de la superficie 21, así como una deformación permanente exterior significativa del manguito 16 propiamente dicho, suficiente para dar lugar a variaciones no deseables de la carga de sujeción.

La figura 5 muestra una forma de realización, en la que la superficie 21 ha sido provista con un ángulo de 5º por encima de un plano perpendicular a un eje del pasador 12. Sin embargo, como se ha visto en la figura 5b, una foto real de una sección de un dispositivo de sujeción instalado anteriormente que tiene una cabeza de pasador con un ángulo de este tipo, esta forma de realización ha dado lugar a que el manguito se monte sobre la cabeza del pasador 20, previniendo de esta manera la generación adecuada de la sujeción del dispositivo de sujeción.

La figura 6a muestra una forma de realización, en la que la superficie 21 ha sido provista con un ángulo de 12º por debajo de un plano perpendicular a un eje del pasador 12. Sin embargo, como se puede ver en la figura 12b, una foto real de una sección de una dispositivo de sujeción instalado previamente que tiene una cabeza de pasador con un ángulo de este tipo, esta forma de realización ha dado lugar a una deformación permanente severa e incluso a cizallamiento de la esquina periférica exterior de la superficie 21, como a como a deformación permanente exterior severa del manguito 16 propiamente dicho, y ha dado como resultado variaciones no deseables de la carga de sujeción. Esta forma de realización es similar a la forma de realización de la cabeza del pasador descrita en la patente '592.

La resistencia del dispositivo de sujeción 10 se ha encontrado también que varía dependiendo de la altura de la porción del manguito 16 por encima de la cabeza ciega 80 y por debajo de la superficie 21 de la cabeza del pasador 12. Como se puede ver comparando las figuras 7a y7b, una altura H de una pata 84 del manguito 16 por encima de la cabeza ciega 80 puede ser variada en función de la colocación axial de la sección recocida 35 sobre el manguito 16. Si la sección recocida 25 está colocada más alta sobre el manguito 16, la cabeza ciega 80 se formará más alta sobre el manguito, proporcionando una pata 84 que tiene una altura H más corta, como se ve en la figura 7a. Esta altura H puede ser afectada también por la anchura de la cinta 28. Por otra parte, si la sección reconocida 35 está colocada más baja sobre el manguito 16, la cabeza ciega 80 se formará más baja sobre el manguito 16, proporcionando una pata 84 que tiene una altura H mayor.

Las figuras 8a y 8b muestran vistas ampliadas del manguito 16 de las figuras 7a y 7b, respectivamente, instalado en el pasador 12. Como se puede ver en la comparación de las figuras 8a y 8b, el manguito 16 que tiene una para corta 84 proporciona una línea de cizallamiento más larga entre la cabeza del pasador 20 y la pieza de trabajo 56 (no se muestra) que el manguito 16 que tiene la pata más larga 84. Esto es un resultado del hinchamiento exterior ligero del manguito 16 en la pata 84 después de la instalación del dispositivo de sujeción, de tal manera que la línea de cizallamiento incluye tanto la longitud de la cabeza ciega 80 como también la longitud de la pata 84. Ver también la figura 3b.

Existe un hinchamiento similar de la porción superior de la pata 84 del manguito mostrado en las figuras 7b y 8b, de tal manera que la porción superior de la pata 84 solapa la línea de cizallamiento. No obstante, puesto que el hinchamiento no se extiende sobre toda la longitud de la pata 84, la longitud de la línea de cizallamiento no se incrementa en esta forma de realización para incluir la longitud de la pata 84, sino que solamente se extiende sobre la longitud de la cabeza ciega 80. La longitud de la línea de cizallamiento solamente se incrementa si la expansión de la pata es tal que la línea de cizallamiento solapa continuamente la cabeza ciega 80 y una porción de la pata 84, como se muestra en las figuras 7a y 8a. Si el solape es discontinuo, como se muestra en las figuras 7b y 8b, entonces no se incrementa la longitud de la línea de cizallamiento. En su lugar, la resistencia del dispositivo de sujeción se basará solamente en la longitud de la línea de cizallamiento a través de la cabeza ciega. Por lo tanto, la forma de realización de las figuras 7a y 8a proporciona un dispositivo de sujeción más robusto que resulta a partir de la línea de cizallamiento más larga y es la forma de realización preferida, mientras que las formas de realización de las figuras 7b y 8b son más representativas de la técnica anterior, como se ve en las patentes '592 y '460.

Con el uso de materiales de alta dureza, de alta resistencia, es deseable reducir las concentraciones de tensión, tal como en la juntura entre la superficie interior 21 de la cabeza del pasador 20 y la porción de caña lisa 24. Esto se consigue redondeado la juntura. Además, están previstos chaflanes en el diámetro interior en los extremos opuestos del manguito 16 para prevenir que el manguito se corte en la juntura redondeada. Otras junturas y esquinas se pueden redondear y biselar de una manera similar.

Además de la reducción de las concentraciones de la tensión como se ha indicado, es deseable reducir las concentraciones de la tensión entre roscas coincidentes. Por lo tanto, las roscas de la porción de caña roscada se forman para que sean generalmente huecas en profundidad y para que tengan raíces de un contorno generalmente aerodinámico. Por lo tanto, en una forma de realización, las roscas podrían utilizar la forma de muesca y conceptos de la patente de los Estados Unidos Nº 5.090.852, publicada el 5 de Febrero de 1992 a nombre de Dixon. Con esta construcción de la raíz, se reduce también la concentración de la tensión en las roscas.

Como se ha indicado en la patente '852 a nombre de Dixon, las roscas pueden ser de una construcción helicoidal somera con una forma generalmente aerodinámica, donde se puede conseguir una construcción de unión de alta resistencia que tiene una carga de sujeción deseable alta. Con la estructura hueca indicada, es deseable un ajuste de tolerancia estrecha con las roscas de la tuerca 14. En una forma de la invención, se han utilizado tolerancias similares al ajuste de rosca de la Clase 3.

Como se ha indicado, es deseable que el dispositivo de sujeción de alta resistencia de la presente invención proporcione una carga de sujeción final alta a la unión sujeta. Para conseguir este resultado, se requieren cargas de instalación altas, que incluyen una carga final de rotura del pasador en la muesca del cuello de rotura 28, desde la herramienta de instalación 70. No obstante, estas cargas se aplican por par de torsión y, por lo tanto, son absorbidas generalmente por la herramienta 70 y no son transmitidas substancialmente al operador de manipula la herramienta de instalación 70. Por lo tanto, la carga alta que se produce a la rotura del pasador en la muesca del cuello de rotura 28 es absorbida substancialmente por la herramienta 70 en virtud de la aplicación del par de torsión al dispositivo de sujeción 10. La magnitud del par de torsión de la instalación requerido por la herramienta de instalación 70 se puede reducir substancialmente por el uso del lubricante selectivo descrito anteriormente, de tal manera que se puede incrementar la velocidad de rotación de la salida final de la herramienta 70, por lo que se puede reducir en una medida significativa el tiempo requerido para la instalación.

Una forma de realización alternativa de la arandela de cizallamiento se puede ver en las figuras 10a-c. En lugar de tener el taladro opuesto 38, la arandela de la forma de realización alternativa mostrada en las figuras 10a-c incluye una muesca circular 90 sobre cada superficie 42 y 48, concéntrica con el taladro 40. Cada muesca tiene con preferencia una sección transversal semicircular, como se ve en la vista ampliada de la figura 10c. La muesca puede tener también diferentes formas, incluyendo una forma en V, y puede tener diferentes formas y profundidades comparadas entre sí. Las dos muescas 90 actúan como elevadores de la tensión sobre la arandela 18 para crear una sección rompible entre ellas que será cizallada después de la instalación del dispositivo de sujeción. De una manera alternativa, también se puede proporcionar solamente una única muesca 90 sobre una superficie de la arandela. La fuerza a la que se rompe la arandela de cizallamiento y los cizallamientos se pueden variar según se desee alterando el espesor de la arandela, el material del que está construida la arandela y el tamaño, forma y localización de las estructuras que forman el elevador de la tensión.

Las varias características de las diferentes arandela de cizallamiento descritas se pueden combinar también alternativamente en diferentes combinaciones para crear formas de realización alternativas de arandelas de cizallamiento.

En muchas aplicaciones con dispositivos de sujeción roscados es deseable, después de la instalación, poder retirar el dispositivo de sujeción desenroscando la arandela fuera del bulón o en algunos casos reapretar la unión aplicando un par de torsión adicional entre la tuerca y el bulón. Sin embargo, en ciertas aplicaciones, el par de rotura inicial para la retirada puede ser bastante alto, de tal manera que cuando se aplica una llave de tuercas solamente a la tuerca (tal como la tuerca 14) para retirada o reapriete, tanto la tuerca como el pasador o bulón asociados girarán juntos haciendo difícil, si no imposible la retirada o el reapriete de la rosca. En la forma de realización alternativa de la presente invención mostrada en la figura 11, se proporciona una construcción para permitir el agarre separado del pasador y de la tuerca después de la instalación del dispositivo de sujeción para la aplicación del par de torsión, facilitando de esta manera la retirada o el reapriete.

Como se puede ver a partir de la figura 11, la porción roscada 26 incluye una porción secundaria ranurada / roscada 27, similar a la porción de agarre 30, dentro de la muesca del cuello de rotura 28. Por lo tanto, después de la instalación final y de la retirada de la porción de cola ranurada 30 por la rotura de la muesca del cuello de rotura 28, la porción secundaria ranurada 27 permanecerá en el extremo libre del pasador 12. Los otros componentes de esta forma de realización del dispositivo de sujeción son los mismos que la forma de realización mostrada en la figura 1.

La porción secundaria ranurada 27 está seleccionada para que sea suficientemente larga para que en la condición de agarre máximo se extienda más allá del extremo exterior de la tuerca 14 en una medida suficiente para que se acople de una manera adecuada por un miembro de casquillo ranurado (tal como el miembro de casquillo interior 74 sobre la herramienta 70). La tuerca 14 puede ser acoplada también a través de un miembro de casquillo hexagonal (tal como un miembro de casquillo hexagonal 72 en la herramienta 70). Por lo tanto, el pasador 12 está retenido con respecto a la tuerca 14, de tal manera que se puede aplicar un par de retirada o de apriete entre el pasador 12 y la tuerca 14 (cuya rotación del componente dependerá del tipo de herramienta de instalación utilizada, como se ha descrito anteriormente). La proyección mínima de la porción secundaria ranurada 27 más allá del extremo exterior de la tuerca 14 se producirá en una condición de agarre máximo, es decir, las piezas de trabajo 46 y 56 de un espesor total máximo dentro del alcance de agarre del dispositivo de sujeción 10. Al mismo tiempo, la proyección máxima de la porción secundaria ranurada 27 más allá del extremo exterior de la tuerca 14 se producirá en una condición de agarre mínimo, es decir, las piezas de trabajo 46 y 56 de un espesor total mínimo dentro del alcance de agarre del dispositivo de sujeción 10. Es deseable mantener la proyección lo más corta posible. Esto se realiza determinando en primer lugar la longitud de la porción secundaria ranurada 27 requerida para proporcionar un acoplamiento suficiente con un miembro de casquillo coincidente para resistir el par de retirada en una condición de agarre máximo. Con este ajuste lo más corto posible, la proyección máxima de la porción secundaria ranurada 27, en la condición de agarre mínimo, tendría una distancia igual a la longitud de agarre más la longitud preseleccionada de la proyección determinada adecuada para la condición de agarre máximo.

En la forma de realización preferida de la invención, el dispositivo de sujeción 10 tiene las siguientes especificaciones, siendo las dimensiones dadas aproximadas y sujetas a fluctuación dentro de parámetros de tolerancia. El pasador 12 está fabricado de acero 4140 y está endurecido hasta R, 36-38 después del maquinado (o formación). La cabeza del pasador 29 tiene un diámetro de 2,799 cm (1,102 pulgadas) y una longitud de 1,207 cm (0,475 pulgadas), la caña 22 tiene una longitud general de 16,289 cm (6,413 pulgadas), la porción lisa de la caña 24 tiene un diámetro de 2,2 cm (0,866 pulgadas) y una longitud de 7,112 cm (2,80 pulgadas), a porción roscada 26 tiene un diámetro exterior de 2,2 cm (0,876 pulgadas) y tiene 7,366 cm (2,9 pulgadas) de longitud, y la muesca del cuello de rotura 28 tiene un diámetro de la raíz de 1,549 cm (0,610 pulgadas). La porción roscada 26 tiene una rosca que tiene un diámetro menor de 2,073 cm (0,816 pulgadas), una cresta de referencia del tornillo de 0,109 cm (0,0429 pulgadas) y un paso de 0,318 cm (0,125 pulgadas), lo mismo que la porción de agarre 30, teniendo la porción de agarre 30 también una ranura de accionamiento de 12 puntas que tiene un diámetro exterior de 2,151 cm (0,847 pulgadas).

El manguito tubular 16 está fabricado de acero 4130 y está endurecido hasta R_{c}46-49 después del procesamiento. Tiene un diámetro exterior de 2,789 cm (1,098 pulgadas), un diámetro interior de 2,253 cm (0,887 pulgadas) y una longitud de 9,975 cm (3,927 pulgadas). La cinta recocida 35 está centrada aproximadamente a 1,524 cm (0,600 pulgadas) desde la superficie extrema 34 y tiene un perfil de dureza típico a través de su anchura axial, como se muestra en la figura 12. Con esta forma de realización, el bulbo ciego tendrá un diámetro exterior típico de 4,191 cm (1,650 pulgadas) y una altura de 0,592 cm (0,233 pulgadas) después de la instalación y la pata 84 será relativamente corta para proporcionar las ventajas que se han descrito en conexión con las figuras 7a y 8a, teniendo una longitud típica de 0,229 - 0,330 cm (0,090 - 0,130 pulgadas) después de la instalación del dispositivo de sujeción. El diámetro exterior de la pata 84 se hinchará típicamente entre 0,051 y 1,27 cm (0,020 - 0,050 pulgadas) o aproximadamente 1,8 - 4,5%) después de la instalación comparado con el diámetro exterior inicial. A este respecto, el hinchamiento podría estar entre 1,5 - 5,0%. Con este diseño de pata corta 84, como se ilustra en las figuras 7a y 8a, el dispositivo de sujeción tendrá típicamente una carga de fallo que excede de 93.000 libras, en comparación con el diseño del dispositivo de sujeción mostrado en las figuras 7b y 8b, que tendrán típicamente una carga de fallo de aproximadamente 83.000 libras. Por lo tanto, el diseño de la pata corta 84 proporciona un incremento significativo en la carga de fallo del dispositivo de sujeción.

De una manera alternativa, el manguito puede estar fabricado de un acero inoxidable adecuado para resistencia a la corrosión. Aunque no se prefiere, la sección de cinta 35 puede ser proporcionada no por recocido de una porción del manguito duro 16, sino más bien por endurecimiento de las porciones exteriores del manguito con respecto a la porción de cinta 35.

La arandela de cizallamiento 18 está fabricada de acero 4140 y está endurecida hasta R_{c}41-44 después del maquinado (o formación). Tiene un espesor de 0,584 cm (0,23 pulgadas), un diámetro exterior de 4,648 cm (1,83 pulgadas), un taladro opuesto 38 de 2,870 cm (1,130 pulgadas) de diámetro, un taladro pasante 40 de 2,228 cm (0,887 pulgadas) de diámetro, y un espesor debajo del taladro opuesto 38 (es decir, un espesor de la sección de cizallamiento) de 0,366 cm (0,144 pulgadas).

La tuerca 14 está fabricada de acero 4130 y está endurecida hasta Rc36-38 después del maquinado (o formación). Tiene una anchura entre caras hexagonales opuestas de aproximadamente 4,114 cm (1,62 pulgadas), una altura total de 3,81 cm (1,50 pulgadas), un taladro opuesto 52 de 1,397 cm (0,55 pulgadas) de profundidad y un diámetro de 2,858 cm (1,125 pulgadas), y un taladro roscado 54 que tiene una rosca con un diámetro mayor de 2,270 cm (0,894 pulgadas), un diámetro menor de 2,121 cm (0,835 pulgadas) y configurado para acoplarse de una manera adecuada con la porción roscada 26 del pasador 12.

El alcance de agarre para el dispositivo de sujeción tiene 8 mm \pm 1 mm. Está destinado para uso en aplicaciones convencionales de 27 mm nominales, donde el taladro está perforado normalmente con una broca de perforación de 30 mm. Naturalmente, el dispositivo de sujeción puede estar previsto en tamaños y alcances de agarre alternativos.

Debería indicarse que las varias características de las diferentes formas de realización se pueden intercambiar para proporcionar diferentes formas de realización. Además, con cada una de las formas de realización mostradas, se puede ver que para dispositivos de sujeción del mismo diámetro para uso en diferentes alcances de agarre, literalmente sólo hay que cambiar el pasador y el manguito para aceptar los cambios requeridos en la longitud de los dispositivos de sujeción. Esta característica simplifica la fabricación y los requerimientos de inventario de los componentes del dispositivo de sujeción.

Aunque está invención se ha descrito en conexión con lo que se considera actualmente como la forma de realización más práctica preferida, se entiende que es capaz de modificaciones adicionales y que no está limitada a la forma de realización descrita, y está solicitud está destinada a cubrir todas las variaciones, usos, disposiciones equivalentes y adaptaciones de la invención de acuerdo con el alcance de la invención, tal como se define en las reivindicaciones que se acompañan.

Claims (17)

1. Un bulón ciego (10) para asegurar una pluralidad de piezas de trabajo (46, 56) con una carga de sujeción de diseño, donde las piezas de trabajo tienen orificios (60, 62) alineados dentro y tienen una superficie lateral (44) accesible y una superficie lateral ciega (58) y adaptada para ser instalada por una fuerza axial relativa aplicada por una herramienta de instalación desde la superficie lateral (44) accesible de las piezas de trabajo, comprendiendo dicho bulón ciego (10):

un pasador (12), que tiene una cana de pasador alargada (22) que termina en un extremo en una cabeza de pasador alargada (20) y que tiene en el otro extremo una porción roscada (26), incluyendo dicha cabeza de pasador (20) una superficie (21) de acoplamiento de un manguito sobre un lado inferior del mismo, donde un ángulo entre dicha superficie (21) de acoplamiento del manguito y dicha caña de pasador alargada (2) está aproximadamente entre 88 y 90º;

un maguito tubular (16) generalmente alargado, adaptado para recibir dicha caña de pasador (22), incluyendo dicho manguito tubular (16) una primera porción de caña de manguito, adaptada para ser colocada en los orificios (60, 62) alineados en las piezas de trabajo (46, 56) y un segunda porción de caña de manguito (35) que está localizada sobre dicha caña de pasador (22) entre dicha cabeza de pasador (20) y dicha primera porción de caña de manguito y dispuesta para acoplarse con dicha superficie (21) de acoplamiento del manguito de dicha cabeza de pasador 820), teniendo dicha segunda porción de caña de manguito (35) una porción de banda (35) de una longitud axial predeterminada, teniendo dicha porción de banda (35) una dureza menor que la dureza de la primera porción de caña de manguito;

una tuerca roscada (14) para acoplamiento de dicha porción roscada (26) de dicha caña de pasador y conectada operativamente con dicho manguito tubular (16) y adaptada para ser acoplada por la herramienta de instalación, por lo que la fuerza axial relativa puede ser aplicada por la herramienta de instalación entre dicho pasador (12) y dicha tuerca (14) para sujetar las piezas de trabajo (46, 56) juntas con una fuerza axial relativa de una primera magnitud;

siendo dicha segunda porción de caña de manguito deformable radialmente en dicha porción de banda (35) entre dicha cabeza de pasador (20) y la superficie lateral ciega (58) de las piezas de trabajo (46, 56) en respuesta a la fuerza axial relativa de una segunda magnitud menor que dicha primera magnitud para formar una cabeza ciega (80) abombada ampliada para reaccionar contra la superficie lateral ciega (58) y una sección de pata de manguito (84) que se extiende entre dicha cabeza ciega y dicha superficie (21) de acoplamiento con el manguito (21) para una longitud preseleccionada;

una arandela de cizallamiento (18) colocada entre dicho manguito (16) y dicha tuerca (14) sobre el lado (44) accesible de las piezas de trabajo para transmitir la fuerza axial relativa de dicha segunda magnitud a dicha segunda porción de caña de manguito (35) a través de dicha primera porción de caña de manguito y que tiene una sección de cizallamiento (82) rompible, que cizalla en respuesta a una tercera magnitud de fuerza axial relativa menor que dicha primera magnitud y mayor que dicha segunda magnitud y que mueve dicha primera porción de caña de manguito fuera de una relación de soporte de la carga axial con dicha cabeza de pasador (20), de manera que dicha cabeza ciega (80) se acoplará con la superficie lateral ciega (58), de tal forma que dicha primera magnitud de la fuerza axial relativa y la carga de sujeción final aplicada a las piezas de trabajo (46, 56) estará substancialmente entre dicho pasador (12), dicha cabeza ciega (80) y dicha tuerca (14); y

donde dicha sección de pata de manguito (84) se expande radialmente fuera después de la aplicación de las fuerzas axiales relativas, siendo dicha longitud preseleccionad de dicha sección de pata de manguito (84) tal que dicha sección de pata de manguito (4) se expande suficientemente para incrementar la longitud de una línea de cizallamiento a través de dicha cabeza ciega (80) entre las piezas de trabajo (46, 56) y dicha cabeza de pasador (20) para incluir continuamente dicha longitud preseleccionada de dicha sección de pata de manguito (84).

2. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que dicha arandela de cizallamiento (18) incluye un lado (42) adaptado para estar en relación de soporte de carga con la superficie lateral (44) accesible de las piezas de trabajo (46, 56).

3. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que dicha porción roscada (26) de dicho pasador (12) está definida por una forma de rosca helicoidal, teniendo dicha tuerca (14) una forma de rosca coincidente, adaptada para ser acoplada a rosca con dicha porción roscada (26), por lo que la fuerza axial relativa entre dicho pasador y dicha tuerca (14) es proporcionada por el par de torsión elativo aplicado entre dicho pasador (12) y dicha tuerca (14).

4. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que dicha capa de pasador (22) incluye una porción extrema ranurada (30) adaptada para ser acoplada por la herramienta de instalación, por lo que se puede aplicar par de torsión entre dicho pasador (12) y dicha tuerca (14), teniendo dicha porción extrema ranurada (30) una pluralidad de muescas en punta (32) que se extienden axialmente, definidas por rebordes que se extienden radialmente desde las raíces de las muescas, estando distribuidas dichas muescas (32), en general, de una manera uniforme sobre la circunferencial con una pluralidad de dichas muescas (32) localizadas en cada cuadrante alrededor de dicha porción extrema (30),

una forma de rosca helicoidal de dicha porción roscada (26) de dicho pasador (12) que se extiende a través de dicha porción extrema ranurada (30, donde los diámetros mayor y menor de dichos rebordes ranurados y dichas raíces son substancialmente iguales y compatibles con los diámetros mayor y menor de dicha forma de rosca helicoidal de dicha porción roscada, de manera que dicha tuerca (14) puede ser enroscada a través de la misma.

5. El bulón ciego de la reivindicación 1 ó 4, en el que el ángulo entre dicha superficie de acoplamiento del manguito y dicha caña de pasador alargada (22) tiene aproximadamente 89º.

6. El bulón ciego de la reivindicación 5, en el que un segmento de dicha porción de cinta (35) tiene una dureza entre R_{c}28-35.

7. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que una sección de dicha porción de cinta (35) tiene una dureza entre R_{c}28-35.

8. El bulón ciego de la reivindicación 6 ó 7, en el que dicha primera porción de caña de manguito tiene una dureza entre R_{c}46-49.

9. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que dicha tuerca (14) incluye un taladro opuesto (52) adyacente a dicha arandela de cizallamiento (18) para recibir dicha sección de cizallamiento (82) rompible después de cizallar desde dicha arandela de cizallamiento (18).

10. El bulón ciego de la reivindicación 9, en el que dicho taladro opuesto (52) de la tuerca tiene una profundidad que define una cavidad de agarre de longitud preseleccionada generalmente igual al alcance de agarre del dispositivo de sujeción, donde el alcance de agarre está definido como la diferencia entre el espesor total mínimo y máximo de las piezas de trabajo (46, 56) que un solo dispositivo de sujeción puede asegurar juntas.

11. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que dicha sección de cizallamiento (82) de dicha arandela de cizallamiento (18) incluye una porción de espesor reducido de dicha arandela de cizallamiento formada por un taladro opuesto (38) en dicha arandela de cizallamiento (18).

12. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que dicha sección de cizallamiento de dicha arandela de cizallamiento (18) incluye una porción de espesor reducido de dicha arandela de cizallamiento formada por al menos una muesca circular (90) sobre un lado de dicha arandela de cizallamiento (18).

13. El bulón ciego de la reivindicación 12, en el que dicha sección de cizallamiento (82) de dicha arandela (18) incluye una porción de espesor reducido de dicha arandela de cizallamiento formada por al menos una muesca circular (90) sobre cada lado de dicha arandela de cizallamiento (18).

14. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que la expansión radial hacia fuera del diámetro exterior de dicha sección de pata de manguito (84) está entre 1,5 y 5,0%.

15. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que la expansión radial hacia fuera del diámetro exterior de dicha sección de pata de manguito (4) está entre 1,8 y 4,5%.

16. El bulón ciego de la reivindicación 15, en el que la longitud de dicha sección de pata de manguito (84) por encima de dicha cabeza ciega (80) está entre 0,229 - 0,330 cm (0,090 - 0,130 pulgadas).

17. El bulón ciego de la reivindicación 1, en el que la longitud de dicha sección de pata de manguito (84) después de la formación de dicha cabeza ciega (80) indicada anteriormente está entre 0,229 y 0,330 cm (0,090 y 0,130 pulgadas).