本文介紹了SolidWorks設(shè)計型節(jié)能燃氣灶的相關(guān)應(yīng)用。

　　一、前言

　　作品設(shè)計背景：1、在日常生活中，人們用燃氣灶做菜時會發(fā)現(xiàn)每次將鍋拿離灶臺時，燃氣灶都有空燃現(xiàn)象，為了節(jié)省燃氣，人們不得不分開手來關(guān)小火力?？墒菫榱吮苊饴闊?人們往往不去關(guān)火,這樣積累下來構(gòu)成了嚴重的浪費。2、據(jù)統(tǒng)計，家庭菜譜中大約60%菜需要翻炒，學(xué)校、工廠等的大型食堂所用菜譜中至少80%菜需要翻炒，但是翻炒食物時所產(chǎn)生的油煙、熱氣等造成工作環(huán)境很差，而且大型食堂的菜量很大，給手工翻炒帶來了難度;同樣，瓜子、花生、板栗等食物加熱時也需翻炒，但是人工翻炒時很費力，且翻炒不均勻，工作環(huán)境也差。這些問題都有待解決。

　　二、解決方案

　　1、火焰自動控制裝置設(shè)計

　　針對燃氣灶的空燃現(xiàn)象，我們設(shè)計了火焰自動控制裝置，原理如圖一。在鍋架一腳處設(shè)計一杠桿片，該杠桿片作為四連桿的主動桿，從動桿連于氣閥上，氣閥又連在氣管上。當鍋放在灶上時，杠桿片一端被鍋壓下，通過四連桿使氣閥處于最大打開狀態(tài)，燃氣自由通過，火焰正常;當鍋拿開時，杠桿片被彈簧拉起，且在極限位置時制動，同樣通過四連桿使氣閥轉(zhuǎn)過一個角度，氣流量減小，火焰減小，從而達到控火的目的。桿的孔心距：AB=35mm、BC=50mm、DC=18mm、AD=55 。AB旋轉(zhuǎn)15°時帶動DC旋轉(zhuǎn)60°。

圖一：火焰自動控制裝置原理圖

　　2、自動翻炒裝置設(shè)計

　　針對人工炒菜費力、環(huán)境差的問題，我們設(shè)計了自動翻炒裝置(原理見圖二)。鍋蓋支架上安裝一個減速電機，其水平方向扭矩通過一對錐齒轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直方向扭矩，從而使四個鏟腳繞同一軸線旋轉(zhuǎn)。每個鏟腳旋轉(zhuǎn)時形成的環(huán)繞面所在高度不同，以達到最大覆蓋鍋面的效果，這樣可以盡量均勻的翻炒食物。聯(lián)軸器、四個鏟腳均可自由卸下，當鍋蓋只起食物保溫作用時，該結(jié)構(gòu)也可以滿足要求。選用電機6W-2200W齒輪減速,調(diào)速,剎車電機.轉(zhuǎn)速5-500轉(zhuǎn)/分鐘。

圖二：自動翻炒功能原理圖

　　3、四根炒腳尺寸位置設(shè)計：

　　目前家庭用普通鍋的球面半徑R≈189mm,鍋的截面弧長，截面弧長對應(yīng)的圓心角n≈122°。

圖三 四根炒腳尺寸位置圖

　　四只鏟腳尺寸、位置如圖：，圓周三根鏟腳的鏟片圓弧長a≈34mm，中間鏟腳的鏟片寬，鏟片圓弧對應(yīng)圓心角n≈11.8°*2。

　　鏟片總弧長占鍋豎直截面弧長百分比為：

　　鏟腳BF旋轉(zhuǎn)環(huán)面以下的鍋截面弧長2LEF占總弧長L百分比：

　　由以上計算知，四根鏟腳同時旋轉(zhuǎn)時，帶動菜在鍋內(nèi)轉(zhuǎn)動，這樣鏟腳作用效果覆蓋面積占鍋面面積的65.6%以上，達到盡量翻炒均勻的目的。

　　4、鍋蓋的抬起、關(guān)閉裝置設(shè)計

　　根據(jù)前面自動翻炒裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該部分連接在鍋蓋上，而鍋蓋的打開一般有豎直向上抬起和繞鍋蓋一側(cè)的空間軸旋轉(zhuǎn)抬起兩種方式。考慮到整個裝置的空間體積限制，我們選擇后者。該部分裝置的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計方案有四種：

　　方案一：曲柄滑塊機構(gòu)，左邊桿在灶體上固定，鍋蓋固定在從動桿上，滑塊在左邊桿上滑動以使鍋蓋抬起、關(guān)閉。該結(jié)構(gòu)缺點是滑塊抬起時需要力較大，不滿足省力要求。(原理見下圖四)

圖四 方案一

圖五 方案二

　　方案二：如圖五所示，用力使主動桿旋轉(zhuǎn)時，鍋蓋會抬起、關(guān)閉。該結(jié)構(gòu)缺點是左上角空間要求較大。

　　方案三：如圖六所示，該結(jié)構(gòu)缺點是用力時手要求抬起一定高度，費力而且連桿可能與鍋蓋發(fā)生干涉。

圖六 方案三

圖七 方案四

　　方案四：該機構(gòu)應(yīng)用兩個四連桿機構(gòu)串聯(lián)，既滿足主動桿的旋轉(zhuǎn)要求，又克服方案三的缺點，而且操作方便，因此最終我們選擇方案四。(原理見圖七)

　　綜上所述，將上述各功能裝置結(jié)合起來即可形成完整的作品。設(shè)計整體尺寸：469×400×303mm3。其整體三維效果圖如下：

圖八：作品整體三維效果圖

　　由于篇幅限制，部分設(shè)計計算沒有一一列出，該作品主要有以下創(chuàng)新點：控火裝置用的是一個簡單的四連桿機構(gòu);鍋蓋啟閉利用串聯(lián)的兩個四連桿機構(gòu)完成;錐齒傳動實現(xiàn)翻炒。

　　三、作品應(yīng)用前景

　　作品擁有廣泛的應(yīng)用前景。其自動控火裝置可加裝在現(xiàn)有的各類燃氣灶上，簡單方便。目前普通食譜含大量翻炒類菜式，這給它的自動炒菜功能提供了廣泛的應(yīng)用空間，而且自動炒菜功能特別適用于學(xué)校、工廠的大型食堂，它也使板栗、花生等粒狀食物的翻炒變得更加簡單。該作品在第三屆湖北省高校大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中獲得了二等獎，這也充分肯定了它的設(shè)計價值。

　　參考文獻

　　【1】哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編.《理論力學(xué)》(第六版)，高等教育出版社，2002.8.

　　【2】孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來泰編.《材料力學(xué)》(第四版)，高等教育出版社，2002.8.

　　【3】彭文生，黃華梁等主編.《機械設(shè)計》(第二版)，華中科技大學(xué)出版社，2000.

　　【4】西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室編.《機械原理》(第六版)，高等教育出版社，2001.5.

　　【5】周光炯、嚴宗毅、許世雄、章克本編,《流體力學(xué)》(第二版)高等教育出版社2000

　　【6】唐增寶，何永然，劉安俊主編.《機械設(shè)計課程設(shè)計》(第二版)，華中科技大學(xué)出版社，1999.

　　【7】王伯平主編.《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》(第二版)，機械工業(yè)出版社，2007.2.

　　【8】中國地質(zhì)大學(xué)王巍主編.《機械制圖》，高等教育出版社，2003.7.

　　【9】中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院編.《實用機械設(shè)計手冊》，中國農(nóng)業(yè)機械出版社，1985.7.