一种燃气组合灶按弹模块的设计

廖东升

（佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司,广东佛山 528000）

0 引言

目前，国内市面上还没有一体式的小型燃气烤箱灶，本文涉及的组合灶是集灶具和燃气烤箱为一体。作为组合灶核心模组之一的按弹模块，其功能上要实现手动和菜谱自动烹饪双调节。其次，由于与用户的体验相关，其外观和用户体验感十分重要。本文设计了一套按弹模块，并对其重要的机构进行了设计计算，保证了按弹模块的功能及组合灶的整体外观和体验。

1 整体结构及工作原理

1.1 组合灶整体结构组成

如图1、图2所示，组合灶由面板组件、气路组件、电源板控制模块、按弹模块、框架组件、烤箱门组件、烤箱组件、燃烧器组件等8个大模块组成。

图1 组合灶整体外观示意图

图2 组合灶整体爆炸图

1.2 组合灶各部分模块的作用及原理

组合灶是燃气灶具和燃气烤箱的组合，整个组合灶是嵌入到橱柜内部，以天然气为气源。各部分模块的作用及原理为：1）面板组件是组合灶的上外观面，橱柜以上的部分。2）气路组件是连通气源部分，由气管组件、比例阀、稳压阀（截止阀）、配气管等组成。4个双环比例阀中，3个双环比例阀控制3头灶 具，1 个双环比例阀控制烤箱；稳压阀是带截止阀功能的一体阀；配气管采用快插和拧螺母相结合的模式。3）电源板控制模块是电路板和线束接头的集成组件。4）按弹模块是核心模块之一，组合灶的灶具和烤箱的操作和控制，通过按弹模块来实现，如图3所示。它包括伸缩旋钮组件和菜谱翻转组件两部分，以及钣金框架，如图4所示。5）框架组件是整机的外钣金框架部分。6）烤箱门组件是燃气烤箱的门，采用抽拉的模式，带滑轨和自锁的功能。7）烤箱组件也是核心模块之一，采用燃气加热的原理，由上、左、右、后4个燃烧器进行加热和尾气回收处理。8）燃烧器组件是灶具燃烧器，由3个燃烧器组成。

图4 组合灶按弹模块爆炸图

1.3 组合灶按弹模块的作用及原理

如图3所示，组合灶按弹模块由钣金框架、伸缩旋钮组件、菜谱翻转组件3部分构成。

伸缩旋钮组件可手动控制灶具和烤箱的火力大小，右上角的方形电源开关可实现按弹模块的通断电。

菜谱翻转组件的面板和菜谱可自由翻出，可通过菜单上的菜谱在特定的程序下对灶具和烤箱进行自动控制，实现火力、时间、温度的调节，烹饪菜谱设定的特定食材。

2 按弹模块结构的创新设计

按弹模块的创新点在于：1）在使用伸缩旋钮时，弹出到面板界面以外；在不使用时，可收缩和隐藏在面板界面以内，美观且便于组合灶的安装；2）菜谱翻转组件可实现菜谱自由翻出，使用时翻出来，不使用时可隐藏在面板界面以内。

2.1 伸缩旋钮组件的设计

如图5所示，伸缩旋钮组件[1-2]的作用是通过旋钮手动控制灶具和烤箱的火力。通过旋钮PCB板、微动开关PCB板和编码开关可实现其通信。通过伸缩杆、弹簧、旋钮盖可实现旋钮的伸缩。当需要手动操作时，旋钮弹出来；当不用旋钮时，通过按压，旋钮盖可缩至面板以内并与面板平齐，外观整齐美观。同时，当需要将组合灶装到橱柜内时，伸缩旋钮也需要缩回去，以便于安装。

图5 伸缩旋钮组件结构示意图

整个伸缩旋钮组件增加了上下防虫板，同时在旋钮PCB板和微动开关PCB板上设计了塑料盖板，起到了很好的防虫效果，防止PCB板使用时短路。

2.2 菜谱翻转组件的设计

菜谱翻转组件[3]可通过菜谱来自动控制组合灶的火力、加热时间、温度，进而来烹饪特定的食材。其翻转的部分包括面板、菜谱PCB板、盖板和贴膜、舌头，可绕旋转轴翻转。当需要用户操作时，按压面板，翻转部分在扭簧、齿轮、缓冲组件、按钮开关、舌头的作用下，翻出来约45°，菜谱可显现用户面前，方便操作，如图6所示。

图6 菜谱翻转组件菜谱翻出时结构示意图

当操作完之后，按压面板，在舌头、按钮开关的卡合作用下，翻转件可隐藏起来，面板与竖直面平齐，十分美观，如图7所示。后防虫盖的设计可以防止小虫爬入菜谱PCB板，防止PCB板短路。

图7 菜谱翻转组件菜谱隐藏时结构示意图

3 菜谱翻转组件的设计

3.1 舌头的设计

舌头的作用是实现翻转件与按钮开关的卡合，从而实现翻转件的打开和隐藏两个瞬间动作，按钮开关的卡合深度为7.5 mm，经过多次验证，当卡合7.5 mm时，长时间放置后，面板会凸出。因此，设计采用负偏的结构，防止面板凸出，使面板与旋钮组件面板平齐。这里采用舌头卡合处负偏1.5 mm。产品取得了良好的效果。

3.2 扭簧的设计

扭簧的作用是驱动翻转件翻出，同时，为了避免翻出速度过快，增加了齿轮缓冲机构，缓冲件为外购件，其扭转阻力矩为25 N·mm，如图8所示。为了使翻转件能顺利翻出，扭簧的最小转矩需要大于缓冲件的阻力矩。最终设计钮簧的结构为：线径d=1.2 mm，中径D=15 mm，有效圈数为8.0625，最小转矩角度为44.4°，最小转矩为40.07 N·mm，最大转角为151.7°，最大转矩为136.9 N·mm，行程为107.3°。

图8 菜谱翻转组件菜谱翻出时结构示意图

3.3 齿轮的设计强度校核

齿轮的作用是与缓冲齿轮作用，起到缓冲扭簧冲力的作用，防止翻转件的撞击。

1）按齿轮的齿面接触强度计算。

齿面接触强度计算公式为

式中：σH为齿轮接触疲劳强度，KH为载荷系数，u为齿数比，φ为齿宽系数，d为齿轮的分度圆直径，ZH为节点区域系数，ZE为弹性影响系数，Zε为重合度系数，[σH] 为齿轮接触疲劳许用应力，T为齿轮转矩。

齿轮材质选择POM。经计算可知，d≥0.0029 m，即分度圆直径需要大于3 mm。

2）按齿轮的齿根弯曲疲劳强度计算。

齿根弯曲疲劳强度计算公式为

式中：σF为齿轮齿根弯曲疲劳强度，KF为载荷系数，Yε为重合度系数，φd为齿宽系数；Z为齿数，YFa为齿形系数，YSa为应力修正系数，[σF]为齿根弯曲疲劳许用应力，T为齿轮的转矩。

齿轮材质选择POM。经计算可知，m≥0.000677 m，即模数不小于0.7 mm。

最后得出结论：小齿轮m1=0.8 mm，z1=11，d1=8.8 mm；大齿轮m2=0.8 mm，z2=130，d2=104 mm。齿轮的设计满足强度要求[4-6]。

4 结语

按弹模块是组合灶核心模组之一，其外观和功能是与用户体验直接相关的，本文对其内部机构进行了设计，并对关键零部件进行了设计计算并得出结论，各部件的设计满足强度要求。