Шарнирное соединение откидывающихся деталей мебели Советский патент 1980 года по МПК F16C11/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к уравновешивающим шарнирным устройствам откидывающихся деталей мебели Известно шарнирное соединение для откидывающихся детгшей мебели, содержащее неподвижный кронштейн и связанный с ним шарнирно подвижный кронштейн для соединения с откида)вающейся деталью, которые соединены между собой при помощи троса и пр жины с предварительным peгyлиpye ы усилием ij. В таком соединении уравновешива ющая пружина снабжена тросом, кото рый наматывается на барабан, совме щенный с точкой вращения нагрузки, при этом рабочая поверхность барабана выполнена по форме цилиндра. Однако условия эксплуатации известной конструкции усложнены в виду необходимости установки дополнительных уравновешивающих пружин для того, чтобы облегчить, перемещение откидывающейся детали мебели из рабочего положения в положение хранения и достигнуть необходимой уравновешивающей способности соединения. Цель изобретения - улучшение условий эксплуатации соединения. Цель достигается тем, что шарнирное соединение для откидывающихся деталей мебели, содержащее неподвижный кронштейн и связанный с ним шарнирно подвижный кронштейн для соединения с откидывающейся деталью, которые соединены между собой при помощи троса и пружины с предварительным регулируемым усилием, снабжено кулачком, закрепленным на одном из указанных кронштейнов,один конец пружины непосредственно связан с кронштейном, на котором установлен кулачок, а другой конец пружины связан при ПОМОЧЩ троса с другим кронштейном, при этом рабочая поверхность кулачка, взаимодействующая с тросом, ограничена радиусами различной величины, больший из которых обращен к кронштейну, связанному с кулачком, а меньший к другому кронштейну, на котором закреплен кулачок. При этом кулачок закреплен на подвижном кронштейне, а конец пружины непосредственно связан с неподвижным крпнштрйном. Кулачок может быть также закреплен на неподвижном крсн111т пч:,

а конец пружины непосредственно соединен с подвижным кронштейном.

Кроме того, рабочая поверхность кулачка выполнена по переменному радиусу, определяемому из следующег соотношенияt- i qKs:nd,

где г - радиус профиля кулачка в

определяемой точке;

f - деформация пружины;

П - жесткость пружины; Q - вес подвижной части соединения;

.R - расстояние от центра тяжести .подвижной части до цент ее вращения;

- угол отклонения центра тяжести подвижной части от вертикали.

На фиг.1 изображено описываемое шарнирное соединение в аксонометрии на фиг.2 то же, вид спереди; на фиг.З - то же, вид сбоку, с частичным разрезом; на фиг.4 - откидывающаяся деталь, в вертикальном положении; на фиг.З - схема, иллюстриру ющая передвижение элементов в описываемом соединении из вертикального положения в горизонтальное; на фиг. кулачок.

Шарнирное соединение состоит из неподвижного 1 и подвижного 2 кронштейнов, которые соединены с возможностью вращения пальцем 3. Кронштей приспособлен для жесткого крепления к полу или к Любому плоскому усиливаюшему элементу, который может быт установлен на полу. Он имеет вертй:кальные ограждающие участки 4 для укрепления и придания большей жест|кости и горизонтальные фланцевые участки 5, которые используются для крепления шарнирного соединения к полу при помощи гаечно-болтовых узлов б. Кронштейн 1 включает вертикальную концевую пластину 7 и соответствующие стяжки 8, которые соединяют между собой фланцевый участок 5 и вертикальную концевую пластину 7. Кронштейн 1 может быть, в зависимости от требований, литым или сваренным из отдельных угловых стсшьных элементов.

На переднем конце кронштейна 1 предусмотрен уступный участок 9, который в описываемой конструкции показан параллельным полу, но располагается на некотором расстоянии от него. Пара направляющих пластин 10,11 приварена к уступному участку 9. Напра)вляющие пластины 10,11 установлены вертикально и располагаются на некотором расстоянии друг от друга с возможностью размещения кулачка 12. Палец 3 проходит через ;направляющие пластины 10, 11 и чере отверстие,: предусмотренное в кулачке 12 с обеспечением его свободного вращения.

Подвижный кронштейн 2 является той частью шарнира, включающей кулачок 12, которая вращается с откидывающейся деталью или другой нагрузкой вокруг пальца 3. Подвижный кронштейн 2 имеет пару уголков 13,14, которые приварены к боковым поверхностям кулачка 12. Если это необходимо, кулачок 12 и уголки 13,14 могут быть выполнены из одной отливки.

Рама откидывающейся детали 15 мебели прикреплена болтами к уголкам 13,14 подвижного кронштейна 2. Панель 16 может быть прикреплена к нижней части откидывающейся детали 15. Если устройство устанавливаеся в небольшой нише, панель 16 будет закрывать нишу, создавая поверхность, прилегающую к стене. Другие элементы мебели прикрепляются к раме откидывающейся детали 15 для вращения вместе с ней.

В конструкции предусмотрен стопорный элемент, выполненный виде болта 17, ввернутого в резьбовое отверстие уголка. Когда деталь 15 перемещается в вертикальное положение, головка 18 болта 17 упираетс в уступный участок 9 неподвижного кронштейна 1 (па чертеже показано пунктирными линиями). Это необходим для ограничения вертикального п еремещения детали 15. Стопор регулируется вращением головки 18 болта 1 а контргайка 19 используется для фиксации стопора в требуемом положении .

На цилиндрическом пружинном корпусе 20 имеется пара анкерных болтов 21, приваренных к его внешней поверхности, для крепления пружинного корпуса к неподвижному кронштейну 1 и для обеспечения его регулировки. Анкерные болты проходят через отверстия, предусмотренные в вертикальной концевой пластине 7 и крепятся гайками 22 и сферическим шайбами 23, которые допускают небольшое изменение положения пружинного корпуса. Внутри пружинного корпуса располагается спиральная пружина 24. Один конец пружины упирается в глухой торец корпуса 20 другой - связан с шайбой 25. На опорной поверхности шайбы 25 имеется цилиндрический упрочняющий элемент 26, который жестко соединен с ней. Элемент 26 служит для укрепления шайбы 25, а также для обеспечения ограничения перемещения и определения положения шайбы относительно пружины 24, так как внешний диаметр упрочняющего элемента 26 выбран немного меньшим, чем внутренний диаметр пружины 24. Трос 27 проходит внутри пружины 24 и центральное отверстие 28, имеющееся в торце пружинного корпуса. Далее трос 27 проходит по кулачку 12, а другой его конец прикреплен к подви ному кронштейну при помощи фиксатора 29 троса, который скреплен с соответствующим выступом 30,имеющимся в ребре кулачка 12. Трос направляется по поверхности кулачка 12 с помощью уголков 13, 14, расположенных по обе стороны от кулачка. Когда откидывающаяся деталь находится в горизонтальном положении, трос 27 натянут вокруг кулачка 12, принуждая шайбу 25 сжимать пружину 24. В этом положении пружина 24 создает уравновешивающий момент относительно оси 3, который определяется степенью перемещения или сжати пружины 24 и эффективным радиусом в точке касания, определяемым расстоя нием от точки 31 касания троса до центра вращения пальца 3. Когда деталь 15 перемещается в вертикальное положение, кулачок 12 поворачивается против часовой стрел ки, позволяя пружине 24 уменьшить свое сжатие. Когда деталь 15 находи ся вблизи вершины своего пути, пружина прикладывает свою уравновешива ющую силу на эффективном радиусе, определяемом расстоянием от точки 3 касания троса до центра вращения па льца 3. Эффективный радиус в точке касания (при горизонтальном положении детали 15) короче, чем эффектив ный радиус в точке 32 касания (при вертикальном положении). При общая величина перемещения или сжатия пружины 24, определяемого величиной пути шайбы 25 при сжатии пружины, равна общей длине пути по периферии поверхности кулачка от точки 31 до точки 32, в предлагаемом изобретении возможны многочисленные вариации общего размера и вида кулачка и формы шарнирного соединения. Например, если необходимо, возможна установка двух или более пружин, действующих параллельно, вместо одной пружины, показанной на чертеже. Также можно поменять местами кулачок и пружину так, чтобы пружина соединялась с подвижной частью рамы, тогда как кулачок был бы прикреплен к неподвижной части. В любом случае прин цип работы остается прежним. Требуекый момент, который должен быть приложен относительно центра вращения для того, чтобы уравновесить нагрузку в шарнирном соединеНИИ, может быть определен как UTkSW l. где W - вес кровати; X - расстояние от центра вращения до центра тяжести кровати;t - угол, составляемый кроватью со стеной. Таким образом, требуемый уравновешивающий момент увеличивается по мере того, как кровать оттягивается эт стены. Сила, создаваемая пружиной, равна Sd, где S - коэффициент упругости пружины, d - перемещение (,как сжатие,так и растяжение; пружины. Уравновешивающий крутящий момент, создаваемый пружиной, равен силе пружины, умноженной на эффективный радиус г(d) , который является функцией углового положения. Важным моментом является то, что перемещение пружины 24 также является функцией углового положения детали 15 и эффективной периферийной длины пути по поверхности кулачка от начальной точки контакта до искомой точки. Таким образом, перемещение пружины яЕляется вообще сложной функцией d(d). . В каждом взятом угловом положении детали 15 эффективный радиус r(d) равен расстоянию от центра вращения до точки касания троса, и перемещение d(d) равно окружной длине пути, откуда следует, что (d)(d) 5ШдС помощью указанного выше уравнения кулачок может быть рассчитан методом последовательного приближения. Для выбранного веса нагрузки к коэффициента упругости пружины необходимый радиус кулачка может быть вычислен в первой расчетной точке, например 10° от вертикального положения. Радиус может быть ориентировочно вычислен Б следующей расчетной точке, например 20° . Результирующая длина окружности может быть определена графически, и, основываясь на этом, необходимо пересчитать радиус во второй расчетной точке. Это, в свою очередь, окажет воздействие на длину окружности, которая должна быть определена заново. Каждое последующее приближение все ближе приводит к точным значениям, и после нескольких подобных шагов точные значения могут быть определены с любой требуемой степенью точности. Затем эта процедура повторяется для каждой последующей расчетной точки по поверхности кулачка. Хотя на чертежах изображено только одно шарнирное устройство, на практике обычно требуется пара подобных устройств для выбранной конструкции, и уравновешивающий эффект обоих устройств должен быть принят во внимание при расчете необходимь.кч параметров пружины или других расчетных величин. Дополнительным фактором, который необходимо учитывать при расчете шарнирного устройства, является то, что во многих случаях необходимо располсчгать центр вращения относительно близко к полу и около декоративной панели 16. Таким образом, при приложенных нагрузках центр тяжести нагрузки стремится опуститься влево от вертикальной линии, проходящей через центр поворота шарнира. Вес нагрузки, находясь несколько за центром вращения, служит для приведения детали 15 в положение хранения (вертикальное), не вызывая необходимости в различного рода защел ках. Если требуется перевести деталь 15 в горизонтальное положение, оператор должен первоначально откло нить ее центр тяжести. Поэтому необходимо, чтобы уравновешивающая пружина, которая обычно стремится подталкивать кровать к стене, не вступала в действие до тех пор, пок не будет пройден этот начальный уча сток пути детали 15. Для этого в шарнирном соединении предусмотрен начальный балансный угол. Линия 33 изображает балансное положение детали 15, в котором точк центра тяжести детали располагается в точке над шарнирной осью вршдения пальца 3 и балансный угол является углом между линией 33 и вертикалью, В обычных установках балансный угол может быть примерно 10 Так как балансный угол может измениться в зависимости от конструкции детали 15, однажды вычисленное угловое соотношение между кулачком и подвижным кронштейном 2 затем соответственно регулируется .во врем производственного процесса. Таким образом, кулачок 12 сдвинут по фазе относительно детали 15 на угол, рав ный балансному углу. Кулачок 12 в первоначальном положении, или положении о, расположен относительно контакта троса 27 в то время, как деталь 15 находится в балансном положении 34. Установленная другим образом поверхность панели детали 1 опережает кулачок на балансный угол и кулачок находится в нулевом положении, когда центр тяжести детали 1 располагается по вертикали над цент ром вращения. Если центр тяжести .детали 15 или другой нагрузки переместится, например, при добавлении тяжелого зер кала к декоративной панели, теорети чески необходимо изменить угловое соотношение между кулачком 12 и деталью 15 для того, чтобы отразить изменение в балансном угле. Однако для описываемой конструкции характерно то,.что на практике можно отрегулировать относительно большое изменение положения эффективного центра тяжести нагрузки простой регулировкой гаек 22, которые, в конечном итоге, перемещают пружинный корпус вправо и влево, насколько это необходимо. При изменении веса детали 15 или нагрузки, для того, чтобы скомпенсировать это изменение, может быть изменен коэффициент упругости пружины. Поскольку это легко осуществить, такое шарнирное соединение может &ать использовано в различных моделях кроватей, имеющих различные веса. А для непредусмотренных больших изменений веса кровати, например, вызванных добавлением зеркала или других принадлежностей, действие дополнительного веса может быть в достаточной степени скомпенсировано дополнительным регулированием гаек 22. На практике откидывающаяся деталь мебели 15 приводится в горизонтальное положение и после этого регулируется положение пружинного корпуса для создания требуемого опускаемого веса. Это гарантирует, что деталь 15 (например, кровать) будет оставаться внизу, если ей требуется быть в рабочем положении. После этого она достаточно уравновешена во всем диапазоне, несмотря на то, что регулировка может привести к тому/ что включение пружины будет происходить на несколько градусов до или после балансного положения. Такая незначительная перерегулировка не ухудшает уравновешивающей способности шарнирного соединения, но позволяет регулировку при широком разнообразии весов нагрузок и положений центров тяжести. Необходимо учитывать также то, что система рассчитана таким образом, что сила действия пружины уменьшается до нуля в положении балансного угла; дальнейшее движение детали 15 в положение хранения или вертикальное положение вызывает ослабление троса. Однако при откидывании детали 15 слабина выбирается, когда деталь приблизится к точке ее балансного положения, в зависимости от тонкости регулировки гаек 22. В то время, как уравнение и процедура расчета, описанные выше,приводят к уравновешивающему шарнирному соепинению, имеющему полную уравновешенность на всем пути перемещения детали 15 от балансного положения до горизонтального, на практике профиль кулачка может быть несколько изменен относительно профиля кулачка, рассчитанного для совершенного равновесия. Так, в предпочтит&пьном варианте кулачок рассчитан таким образом. чтобы полностью уравновешивать деталь в среднем угловом диапазоне, примерно от 20 до 65 , Однако от точки 0° на кулачке (точка 32) приме но до 20 на кулачке может быть пре дусмотрен немного меньший радиус, чем тотf который требуется для совер шенного равновесия. Это создает опр деленное преимуществор так как однаж ды выведенная из балансного положения деталь 15 сама начнет медленно опускаться; но остановится, когда достигнет среднего участка полной уравновешенности. К тому же, когда деталь 15 поднимается в вертикально положение, меньшая, чем это требует уравновешенность в области от О до 20 поможет замедлить ускорение де тали 15, вызванное перед этим движе нием подъема так, что ее движение замедлится и она ударится в стену, Аналогично, примерно от 65 до конца кулачка соответственно, когда деталь 15 находится в горизонтально или около него положении, может сно потребоваться обеспечение небольшого уменьшения радиуса для того, чтобы создать немного меньшую, чем полную уравновешивающую силу. Это позволяе обеспечить гарантированное удержани детали 15 в горизонтальном положени :Нео,бходимо иметь в виду, что этги области углов только приблизительны и при необходимости могут быть изме нены. Величина, на которую может быть уменьшен радиус в этих областях, может изменяться в соответствии с требуемым действием эффектов, отмеч ных выше . Хотя это небольшое уменьшение радиуса кулачка в двух зонах теорет чески влияет на длину окружности ку лачка, ,на практике необходи.1ые умен шения радиусов очень малы и установ лено, что влияние изменения длины окружности незначительно, и, таким образом, процедура расчета упрощает ся. Пример . Вариант изобретения изготовлен (.см. чертежи) с кулач ком, имеющим значения радиуса согласно следующей таблице. Радиус ,Угол кулачка, мм 63,3 град. 66,0 66,5 66,0 62,0 62,0 58,5 54,1 49.. 8 Значения, приведенные выше, соответствуют модифицированной конструкции, в которой совершенная уравновешенность осуществляется в средней области,, а меньшая, чем совершенная уравнове 11енность, создается, когда откидывающаяся деталь мебели находится вблизи своих горизонтального и вертикального положений для того, чгобы облегчить вращение детали, как было описано выше. Углы в приведенной вьние таблице соответствуют угловьй положениям кулачка, причем точка О соответствует точке 32 касания- на кулачке, В этом примере взят десятиградусный балансный угол детали 15. Не было вычислено значение для 90°-го положения кулачка, так как положение кулачка соответствует горизонтальному положению детали 15„ Изобретение позволяет значительно улучмить условия эксплуатации шарнирного соединения f повьэаает его компактность, исключает необходимость установки дополнительных компенсационных пряжнн. Формула изобретения 1.Шарнирное соединение для откидывающихся деталей мебели, содержащее неподвижный кронштейн и связанный с ним шарнирно подвижный кронштейн для соединения с откидывающейся деталью, которые соединены между собой при помощи троса и пружины с предварительным peгyлиpye oлм ycилиe v1, отличающееся тем, что, с целью улучшения условий его эксплуатации, оно снабжено кулачком, закрепленным на одном из указанных кронштейнов, один конец пружины непосредственно связан с кронштейном, на котором установлен кулачок, а другой конец пружины связан при помощи троса с другим кронштейном, при этом рабочая поверхность кулачка, взаимодействующая с тросом, ограничена радиусами различной величины, меньший из которых обращен к кронштейну, на котором закреплен кулачок, а больший к другому кронштейну. 2.Шарнирное соединение по п.1, отличающеес я тем, что кулачок закреплен на подвижном кронштейне, а конец пружины непосредственно связан с неподвижным кронштейном. 3.Шарнирное соединение по п.1, отличающеес я тем, что кулачок закреплен на неподвижном кронштейне, а конец пружины непосредственно соединен с подвижным кронштейном. 4.Шарнирное соединение по пп.1-3, отличающеес.я тем, что рабочая поверхность кулачка выполнена по переменному радиусу, onp teляемом из следьпощего соотношения; .i-iiisi-,

радиус профиля кулачка в определяемой точке;

f - деформация пружины;

ll жесткость пружины;

Q, - вес подвижной части соединения;

R - расстояние от центра тяжести подвижной части до

центра ее вращения; d угол отклонения центра тяжести подвижной части от вертикали.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции W 710157, гр.9 КЛ.4, 1931.

Флг,