廖東升

（佛山市順德區(qū)美的洗滌電器制造有限公司,廣東佛山 528000）

0 引言

目前，國內(nèi)市面上還沒有一體式的小型燃?xì)饪鞠湓?，本文涉及的組合灶是集灶具和燃?xì)饪鞠錇橐惑w。作為組合灶核心模組之一的按彈模塊，其功能上要實(shí)現(xiàn)手動和菜譜自動烹飪雙調(diào)節(jié)。其次，由于與用戶的體驗(yàn)相關(guān)，其外觀和用戶體驗(yàn)感十分重要。本文設(shè)計(jì)了一套按彈模塊，并對其重要的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，保證了按彈模塊的功能及組合灶的整體外觀和體驗(yàn)。

1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 組合灶整體結(jié)構(gòu)組成

如圖1、圖2所示，組合灶由面板組件、氣路組件、電源板控制模塊、按彈模塊、框架組件、烤箱門組件、烤箱組件、燃燒器組件等8個大模塊組成。

圖1 組合灶整體外觀示意圖

圖2 組合灶整體爆炸圖

1.2 組合灶各部分模塊的作用及原理

組合灶是燃?xì)庠罹吆腿細(xì)饪鞠涞慕M合，整個組合灶是嵌入到櫥柜內(nèi)部，以天然氣為氣源。各部分模塊的作用及原理為：1）面板組件是組合灶的上外觀面，櫥柜以上的部分。2）氣路組件是連通氣源部分，由氣管組件、比例閥、穩(wěn)壓閥（截止閥）、配氣管等組成。4個雙環(huán)比例閥中，3個雙環(huán)比例閥控制3頭灶 具，1 個雙環(huán)比例閥控制烤箱；穩(wěn)壓閥是帶截止閥功能的一體閥；配氣管采用快插和擰螺母相結(jié)合的模式。3）電源板控制模塊是電路板和線束接頭的集成組件。4）按彈模塊是核心模塊之一，組合灶的灶具和烤箱的操作和控制，通過按彈模塊來實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。它包括伸縮旋鈕組件和菜譜翻轉(zhuǎn)組件兩部分，以及鈑金框架，如圖4所示。5）框架組件是整機(jī)的外鈑金框架部分。6）烤箱門組件是燃?xì)饪鞠涞拈T，采用抽拉的模式，帶滑軌和自鎖的功能。7）烤箱組件也是核心模塊之一，采用燃?xì)饧訜岬脑?，由上、左、右、?個燃燒器進(jìn)行加熱和尾氣回收處理。8）燃燒器組件是灶具燃燒器，由3個燃燒器組成。

圖4 組合灶按彈模塊爆炸圖

1.3 組合灶按彈模塊的作用及原理

如圖3所示，組合灶按彈模塊由鈑金框架、伸縮旋鈕組件、菜譜翻轉(zhuǎn)組件3部分構(gòu)成。

伸縮旋鈕組件可手動控制灶具和烤箱的火力大小，右上角的方形電源開關(guān)可實(shí)現(xiàn)按彈模塊的通斷電。

菜譜翻轉(zhuǎn)組件的面板和菜譜可自由翻出，可通過菜單上的菜譜在特定的程序下對灶具和烤箱進(jìn)行自動控制，實(shí)現(xiàn)火力、時間、溫度的調(diào)節(jié)，烹飪菜譜設(shè)定的特定食材。

2 按彈模塊結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

按彈模塊的創(chuàng)新點(diǎn)在于：1）在使用伸縮旋鈕時，彈出到面板界面以外；在不使用時，可收縮和隱藏在面板界面以內(nèi)，美觀且便于組合灶的安裝；2）菜譜翻轉(zhuǎn)組件可實(shí)現(xiàn)菜譜自由翻出，使用時翻出來，不使用時可隱藏在面板界面以內(nèi)。

2.1 伸縮旋鈕組件的設(shè)計(jì)

如圖5所示，伸縮旋鈕組件[1-2]的作用是通過旋鈕手動控制灶具和烤箱的火力。通過旋鈕PCB板、微動開關(guān)PCB板和編碼開關(guān)可實(shí)現(xiàn)其通信。通過伸縮桿、彈簧、旋鈕蓋可實(shí)現(xiàn)旋鈕的伸縮。當(dāng)需要手動操作時，旋鈕彈出來；當(dāng)不用旋鈕時，通過按壓，旋鈕蓋可縮至面板以內(nèi)并與面板平齊，外觀整齊美觀。同時，當(dāng)需要將組合灶裝到櫥柜內(nèi)時，伸縮旋鈕也需要縮回去，以便于安裝。

圖5 伸縮旋鈕組件結(jié)構(gòu)示意圖

整個伸縮旋鈕組件增加了上下防蟲板，同時在旋鈕PCB板和微動開關(guān)PCB板上設(shè)計(jì)了塑料蓋板，起到了很好的防蟲效果，防止PCB板使用時短路。

2.2 菜譜翻轉(zhuǎn)組件的設(shè)計(jì)

菜譜翻轉(zhuǎn)組件[3]可通過菜譜來自動控制組合灶的火力、加熱時間、溫度，進(jìn)而來烹飪特定的食材。其翻轉(zhuǎn)的部分包括面板、菜譜PCB板、蓋板和貼膜、舌頭，可繞旋轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)。當(dāng)需要用戶操作時，按壓面板，翻轉(zhuǎn)部分在扭簧、齒輪、緩沖組件、按鈕開關(guān)、舌頭的作用下，翻出來約45°，菜譜可顯現(xiàn)用戶面前，方便操作，如圖6所示。

圖6 菜譜翻轉(zhuǎn)組件菜譜翻出時結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)操作完之后，按壓面板，在舌頭、按鈕開關(guān)的卡合作用下，翻轉(zhuǎn)件可隱藏起來，面板與豎直面平齊，十分美觀，如圖7所示。后防蟲蓋的設(shè)計(jì)可以防止小蟲爬入菜譜PCB板，防止PCB板短路。

圖7 菜譜翻轉(zhuǎn)組件菜譜隱藏時結(jié)構(gòu)示意圖

3 菜譜翻轉(zhuǎn)組件的設(shè)計(jì)

3.1 舌頭的設(shè)計(jì)

舌頭的作用是實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)件與按鈕開關(guān)的卡合，從而實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)件的打開和隱藏兩個瞬間動作，按鈕開關(guān)的卡合深度為7.5 mm，經(jīng)過多次驗(yàn)證，當(dāng)卡合7.5 mm時，長時間放置后，面板會凸出。因此，設(shè)計(jì)采用負(fù)偏的結(jié)構(gòu)，防止面板凸出，使面板與旋鈕組件面板平齊。這里采用舌頭卡合處負(fù)偏1.5 mm。產(chǎn)品取得了良好的效果。

3.2 扭簧的設(shè)計(jì)

扭簧的作用是驅(qū)動翻轉(zhuǎn)件翻出，同時，為了避免翻出速度過快，增加了齒輪緩沖機(jī)構(gòu)，緩沖件為外購件，其扭轉(zhuǎn)阻力矩為25 N·mm，如圖8所示。為了使翻轉(zhuǎn)件能順利翻出，扭簧的最小轉(zhuǎn)矩需要大于緩沖件的阻力矩。最終設(shè)計(jì)鈕簧的結(jié)構(gòu)為：線徑d=1.2 mm，中徑D=15 mm，有效圈數(shù)為8.0625，最小轉(zhuǎn)矩角度為44.4°，最小轉(zhuǎn)矩為40.07 N·mm，最大轉(zhuǎn)角為151.7°，最大轉(zhuǎn)矩為136.9 N·mm，行程為107.3°。

圖8 菜譜翻轉(zhuǎn)組件菜譜翻出時結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 齒輪的設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核

齒輪的作用是與緩沖齒輪作用，起到緩沖扭簧沖力的作用，防止翻轉(zhuǎn)件的撞擊。

1）按齒輪的齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算。

齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式為

式中：σH為齒輪接觸疲勞強(qiáng)度，KH為載荷系數(shù)，u為齒數(shù)比，φ為齒寬系數(shù)，d為齒輪的分度圓直徑，ZH為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，ZE為彈性影響系數(shù)，Zε為重合度系數(shù)，[σH] 為齒輪接觸疲勞許用應(yīng)力，T為齒輪轉(zhuǎn)矩。

齒輪材質(zhì)選擇POM。經(jīng)計(jì)算可知，d≥0.0029 m，即分度圓直徑需要大于3 mm。

2）按齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。

齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式為

式中：σF為齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，KF為載荷系數(shù)，Yε為重合度系數(shù)，φd為齒寬系數(shù)；Z為齒數(shù)，YFa為齒形系數(shù)，YSa為應(yīng)力修正系數(shù)，[σF]為齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力，T為齒輪的轉(zhuǎn)矩。

齒輪材質(zhì)選擇POM。經(jīng)計(jì)算可知，m≥0.000677 m，即模數(shù)不小于0.7 mm。

最后得出結(jié)論：小齒輪m1=0.8 mm，z1=11，d1=8.8 mm；大齒輪m2=0.8 mm，z2=130，d2=104 mm。齒輪的設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求[4-6]。

4 結(jié)語

按彈模塊是組合灶核心模組之一，其外觀和功能是與用戶體驗(yàn)直接相關(guān)的，本文對其內(nèi)部機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對關(guān)鍵零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算并得出結(jié)論，各部件的設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。