МЕХАНИЗМ ШАРНИРА-ФИКСАТОРА
MECHANISM OF HINGED LATCH

Изобретение относится к механизмам, производящим фиксацию дверей мебели и других дверей в закрытом и открытом положениях. Существует множество различных механизмов, выполняющих роль шарнира-фиксатора дверей мебели (шкафов, буфетов, тумб и т.п.).
Указанные механизмы содержат много деталей сложной конструкции и большой трудоемкости (пружины, рычаги, кулачки и т.п.), но фиксируют положение дверей недостаточно четко и надежно.
Целью данного изобретения является создание механизма шарнира-фиксатора дверей, простого по конструкции, технологичного в производстве и обеспечивающего надежную и четкую работу.
Среди существующих механизмов шарниров-фиксаторов аналогов механизму, предлагаемому данным изобретением, не имеется.
Поставленная цель достигается посредством двух факторов:
1. В качестве действующей силы используется природное явление - атмосферное давление, которое есть везде и всегда.
2. Основным конструктивным элементом механизма - корпусом, реагирующим на атмосферное давление, является геометрическая фигура параллелепипед с введением в него следующих особенностей:
а) четыре параллельные грани в поперечном сечении образуют квадрат,
б) ребра выполняют роль шарниров,
в) две торцевые грани заменены эластичными куполами,
г) все части параллелепипеда выполнены из воздухонепроницаемого материала (например, резины).
Благодаря указанным особенностям параллелепипед способен действовать как шарнирный четырехзвенник (см. И.И. Артоболевский «Теория механизмов и машин» Москва. Изд. Наука. 1988 г.).
Параллелепипед является герметичным корпусом, позволяющим создавать в нем определенный вакуум. При создании вакуума, корпус под воздействием атмосферного давления деформируется из квадратного в ромбоидный и непосредственно, без каких-либо деталей выполняет работу шарнира-фиксатора дверей в закрытом и открытом положениях.
Конструктивное исполнение герметичного корпуса параллелепипеда, который по сути является предлагаемым механизмом, представлено на фиг.1 в нерабочем статичном состоянии, на фиг.2 - в рабочем состоянии ромбоидного параллелепипеда.
Четыре параллельные грани 1 являются звеньями шарнирного механизма, ребра 2 - шарнирами, две торцевые грани заменены куполами 3, в одной грани установлен резиновый клапан 4 для накачки и откачки воздуха, подобный применяемым в футбольных и волейбольных мячах. В средних точках четырех граней сформированы упоры 5. В одной из граней сформирована ручка 6 для переключения механизма.
Герметичный корпус-параллелепипед изготавливается прессованием из эластичного, воздухонепроницаемого упругого материала (например, резины) с проведением вулканизации исходного сырья.
Вулканизация обеспечивает требуемые свойства: для всех частей - термостойкость и холодостойкость; для четырех граней и упоров - твердость, для ребер и торцевых куполов - эластичность и упругость.
Прессованием формируется отверстие для клапана 4.
Работа механизма поясняется схемами фиг.3, на которых он представлен в виде шарнирного четырехзвенника. Обозначения на схемах соответствуют обозначениям элементов конструкции на фиг.1, 2, а именно: 1 - четыре звена (грани), 2 - четыре шарнира (ребра), 6 - ручка переключения.
1
1
На схеме фиг.3а механизм показан в статичном, нерабочем состоянии: его поперечное сечение - квадрат, внутренний объем V пропорционален площади квадрата S. Механизм находится в состоянии устойчивого равновесия, поскольку и снаружи, и внутри него атмосферное давление.
Для приведения механизма в рабочее состояние необходимо через клапан 4 откачать часть воздуха. При этом в механизме (параллелепипеде) происходит двойственный процесс.
а) Создается некоторый вакуум, и под действием атмосферного давления механизм деформируется из квадратного в ромбоидный, торцевые куполы втягиваются внутрь, удлиняясь в направлении большой диагонали ромба, и не препятствуют деформации параллелепипеда (см. фиг.2 и схему фиг.3б).
б) Ромбоидная форма имеет объем, меньший, чем квадратная, плотность воздуха внутри растет и при любой остановке откачки воздуха наступает равновесие между атмосферным давлением и давлением воздуха внутри, и деформация механизма прекращается.
2
1
1
1
2
Откачка воздуха ведется до момента, когда острый угол ромба становится равным 45°. В этот момент площадь поперечного сечения параллелепипеда S=S×sin45°. Так как sin45°=0,707, то V=V×0,707, т.е. объем V уменьшился округленно на 0,3 относительно объема в нерабочем состоянии.
В этом положении, когда острый угол ромба достигает 45°, и сформированные в нем упоры 5, обозначенные буквами а-б и г-в (см. фиг.2б), попарно смыкаются, механизм работает как шарнир-фиксатор, фиксируя дверь в закрытом положении (см. фиг.4).
Для переключения механизма из этого крайнего положения в другое крайнее положение, соответствующее открытой двери, к ручке 6 нужно приложить внешнюю силу F (например, силу руки человека, см. фиг.3в).
Сила F в первый момент преодолевает начальную силу атмосферного давления, которая возникла ранее при откачке воздуха и деформации параллелепипеда в ромбоидный, что уменьшило его объем на 0,3.
2
2
Следовательно, начальная сила атмосферного давления, действующая на грани механизма, равна 0,3 от полного атмосферного давления 1,033 кг/см, т.е. округленно равна 0,3 кг/см.
После преодоления этого давления под действием силы F происходит поворот механизма против часовой стрелки, при этом растет объем параллелепипеда и степень вакуума внутри него, что вызывает рост действующего на него атмосферного давления. На момент, когда форма параллелепипеда становится квадратной, его объем увеличивается на 0,3 (как указано выше), степень вакуума внутри увеличивается также на 0,3, и воздействие атмосферного давления становится максимальным (см. схему фиг.3г). В этот момент положение параллелепипеда неустойчиво, поэтому он скачкообразно переходит во второе положение устойчивого равновесия, совершая скачкообразный поворот против часовой стрелки на 90° (см. схему фиг.3д).
Таким образом, благодаря изменениям объема параллелепипеда в моменты переключения механизма атмосферное давление воздействует на него подобно пружине.
Во втором положении равновесия, когда острый угол ромба достигает также 45° и сформированные в нем упоры 5, обозначенные буквами а-г и б-в, попарно смыкаются (см. схему фиг.2в), механизм также работает, как шарнир-фиксатор, фиксируя дверь в открытом положении.
Крепление шарнира-фиксатора в предмете мебели (шкафу) показано на фиг.4 и 5, на которых дан вид шкафа сверху с условно снятой крышкой. До крепления шарнир-фиксатор находится в нерабочем статичном состоянии (см. фиг.2а). После откачки части воздуха через клапан 4 шарнир-фиксатор силой атмосферного давления деформируется в ромбоидный параллелепипед с углом ромба 45° (см. 4 и 2б).
В этом положении (дверь 12 при этом не закреплена) производится крепление шарнира-фиксатора к боковой стенке шкафа 7 посредством переходной колодки 8 и пластин 9, 10 шурупами 11 (см. фиг.5). После этого шарнир-фиксатор переводится ручкой 6 (фиг.2) в другое крайнее положение (см. фиг.2в) и крепится к двери 12 шкафа посредством пластины 13 шурупами 11 (см. фиг.5).
Открывание и закрывание двери шкафа производится ручкой 14, к которой прилагаются усилия руки человека F1, F2, преодолевающие атмосферное давление, действующее на грани шарнира-фиксатора. При этом двери совершают скачкообразный поворот на 90°.
Упоры 5 в механизме шарнира-фиксатора (см. фиг.2) дают возможность дополнительной откачкой воздуха увеличить степень вакуума, а значит, и воздействие на механизм атмосферного давления, не допуская уменьшения угла ромбоидного параллелепипеда ниже 45°.
Благодаря этому можно установить такую степень вакуума и силу воздействия атмосферного давления, что шарнир-фиксатор будет удерживать двери в закрытом положении с эффектом замка.
Фиг.1.
Механизм шарнира-фиксатора дверей - квадратный параллелепипед в статичном нерабочем положении.
Фиг.2.
Конструкция шарнира-фиксатора дверей - параллелепипед в нерабочем статичном положении и в двух рабочих положениях.
Фиг.3.
Схемы шарнирного четырехзвенника, поясняющие работу механизма шарнира-фиксатора дверей.
Фиг.4. Вид шкафа сверху, поясняющий способ крепления шарнира-фиксатора (дверь шкафа закрыта).
Фиг.5. Вид шкафа сверху, поясняющий способ крепления шарнира-фиксатора (дверь шкафа открыта).