一種燃氣組合灶按彈模塊的設計

廖東升

（佛山市順德區美的洗滌電器制造有限公司,廣東佛山 528000）

0 引言

目前，國內市面上還沒有一體式的小型燃氣烤箱灶，本文涉及的組合灶是集灶具和燃氣烤箱為一體。作為組合灶核心模組之一的按彈模塊，其功能上要實現手動和菜譜自動烹飪雙調節。其次，由于與用戶的體驗相關，其外觀和用戶體驗感十分重要。本文設計了一套按彈模塊，并對其重要的機構進行了設計計算，保證了按彈模塊的功能及組合灶的整體外觀和體驗。

1 整體結構及工作原理

1.1 組合灶整體結構組成

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

組合灶是燃氣灶具和燃氣烤箱的組合，整個組合灶是嵌入到櫥柜內部，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、穩壓閥（截止閥）、配氣管等組成。4個雙環比例閥中，3個雙環比例閥控制3頭灶 具，1 個雙環比例閥控制烤箱；穩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，通過按彈模塊來實現，如圖3所示。它包括伸縮旋鈕組件和菜譜翻轉組件兩部分，以及鈑金框架，如圖4所示。5）框架組件是整機的外鈑金框架部分。6）烤箱門組件是燃氣烤箱的門，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，采用燃氣加熱的原理，由上、左、右、后4個燃燒器進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、菜譜翻轉組件3部分構成。

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可實現按彈模塊的通斷電。

菜譜翻轉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行自動控制，實現火力、時間、溫度的調節，烹飪菜譜設定的特定食材。

2 按彈模塊結構的創新設計

按彈模塊的創新點在于：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，美觀且便于組合灶的安裝；2）菜譜翻轉組件可實現菜譜自由翻出，使用時翻出來，不使用時可隱藏在面板界面以內。

2.1 伸縮旋鈕組件的設計

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PCB板和編碼開關可實現其通信。通過伸縮桿、彈簧、旋鈕蓋可實現旋鈕的伸縮。當需要手動操作時，旋鈕彈出來；當不用旋鈕時，通過按壓，旋鈕蓋可縮至面板以內并與面板平齊，外觀整齊美觀。同時，當需要將組合灶裝到櫥柜內時，伸縮旋鈕也需要縮回去，以便于安裝。

圖5 伸縮旋鈕組件結構示意圖

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PCB板上設計了塑料蓋板，起到了很好的防蟲效果，防止PCB板使用時短路。

2.2 菜譜翻轉組件的設計

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

圖6 菜譜翻轉組件菜譜翻出時結構示意圖

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

圖7 菜譜翻轉組件菜譜隱藏時結構示意圖

3 菜譜翻轉組件的設計

3.1 舌頭的設計

舌頭的作用是實現翻轉件與按鈕開關的卡合，從而實現翻轉件的打開和隱藏兩個瞬間動作，按鈕開關的卡合深度為7.5 mm，經過多次驗證，當卡合7.5 mm時，長時間放置后，面板會凸出。因此，設計采用負偏的結構，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偏1.5 mm。產品取得了良好的效果。

3.2 扭簧的設計

扭簧的作用是驅動翻轉件翻出，同時，為了避免翻出速度過快，增加了齒輪緩沖機構，緩沖件為外購件，其扭轉阻力矩為25 N·mm，如圖8所示。為了使翻轉件能順利翻出，扭簧的最小轉矩需要大于緩沖件的阻力矩。最終設計鈕簧的結構為：線徑d=1.2 mm，中徑D=15 mm，有效圈數為8.0625，最小轉矩角度為44.4°，最小轉矩為40.07 N·mm，最大轉角為151.7°，最大轉矩為136.9 N·mm，行程為107.3°。

圖8 菜譜翻轉組件菜譜翻出時結構示意圖

3.3 齒輪的設計強度校核

齒輪的作用是與緩沖齒輪作用，起到緩沖扭簧沖力的作用，防止翻轉件的撞擊。

1）按齒輪的齒面接觸強度計算。

齒面接觸強度計算公式為

式中：σH為齒輪接觸疲勞強度，KH為載荷系數，u為齒數比，φ為齒寬系數，d為齒輪的分度圓直徑，ZH為節點區域系數，ZE為彈性影響系數，Zε為重合度系數，[σH] 為齒輪接觸疲勞許用應力，T為齒輪轉矩。

齒輪材質選擇POM。經計算可知，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度計算。

齒根彎曲疲勞強度計算公式為

式中：σF為齒輪齒根彎曲疲勞強度，KF為載荷系數，Yε為重合度系數，φd為齒寬系數；Z為齒數，YFa為齒形系數，YSa為應力修正系數，[σF]為齒根彎曲疲勞許用應力，T為齒輪的轉矩。

齒輪材質選擇POM。經計算可知，m≥0.000677 m，即模數不小于0.7 mm。

最后得出結論：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。齒輪的設計滿足強度要求[4-6]。

4 結語

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直接相關的，本文對其內部機構進行了設計，并對關鍵零部件進行了設計計算并得出結論，各部件的設計滿足強度要求。