SolidWork在新型节能燃气灶应用

　　本文介绍了新型节能燃气灶利用SolidWork的实例。

　　一、前言

　　作品设计背景：1、在日常生活中，人们用燃气灶做菜时会发现每次将锅拿离灶台时，燃气灶都有空燃现象，为了节省燃气，人们不得不分开手来关小火力。可是为了避免麻烦,人们往往不去关火,这样积累下来构成了严重的浪费。2、据统计，家庭菜谱中大约60%菜需要翻炒，学校、工厂等的大型食堂所用菜谱中至少80%菜需要翻炒，但是翻炒食物时所产生的油烟、热气等造成工作环境很差，而且大型食堂的菜量很大，给手工翻炒带来了难度;同样，瓜子、花生、板栗等食物加热时也需翻炒，但是人工翻炒时很费力，且翻炒不均匀，工作环境也差。这些问题都有待解决。

　　二、解决方案

　　1、火焰自动控制装置设计

　　针对燃气灶的空燃现象，我们设计了火焰自动控制装置，原理如图一。在锅架一脚处设计一杠杆片，该杠杆片作为四连杆的主动杆，从动杆连于气阀上，气阀又连在气管上。当锅放在灶上时，杠杆片一端被锅压下，通过四连杆使气阀处于最大打开状态，燃气自由通过，火焰正常;当锅拿开时，杠杆片被弹簧拉起，且在极限位置时制动，同样通过四连杆使气阀转过一个角度，气流量减小，火焰减小，从而达到控火的目的。杆的孔心距：AB=35mm、BC=50mm、DC=18mm、AD=55 。AB旋转15°时带动DC旋转60°。

图一：火焰自动控制装置原理图

　　2、自动翻炒装置设计

　　针对人工炒菜费力、环境差的问题，我们设计了自动翻炒装置(原理见图二)。锅盖支架上安装一个减速电机，其水平方向扭矩通过一对锥齿转变为竖直方向扭矩，从而使四个铲脚绕同一轴线旋转。每个铲脚旋转时形成的环绕面所在高度不同，以达到最大覆盖锅面的效果，这样可以尽量均匀的翻炒食物。联轴器、四个铲脚均可自由卸下，当锅盖只起食物保温作用时，该结构也可以满足要求。选用电机6W-2200W齿轮减速,调速,刹车电机.转速5-500转/分钟。

图二：自动翻炒功能原理图

　　3、四根炒脚尺寸位置设计：

　　目前家庭用普通锅的球面半径R≈189mm,锅的截面弧长，截面弧长对应的圆心角n≈122°。

图三 四根炒脚尺寸位置图

　　四只铲脚尺寸、位置如图：，圆周三根铲脚的铲片圆弧长a≈34mm，中间铲脚的铲片宽，铲片圆弧对应圆心角n≈11.8°*2。

　　铲片总弧长占锅竖直截面弧长百分比为：

　　铲脚BF旋转环面以下的锅截面弧长2LEF占总弧长L百分比：

　　由以上计算知，四根铲脚同时旋转时，带动菜在锅内转动，这样铲脚作用效果覆盖面积占锅面面积的65.6%以上，达到尽量翻炒均匀的目的。

　　4、锅盖的抬起、关闭装置设计

　　根据前面自动翻炒装置的结构设计，该部分连接在锅盖上，而锅盖的打开一般有竖直向上抬起和绕锅盖一侧的空间轴旋转抬起两种方式。考虑到整个装置的空间体积限制，我们选择后者。该部分装置的初步结构设计方案有四种：

　　方案一：曲柄滑块机构，左边杆在灶体上固定，锅盖固定在从动杆上，滑块在左边杆上滑动以使锅盖抬起、关闭。该结构缺点是滑块抬起时需要力较大，不满足省力要求。(原理见下图四)

图四 方案一

图五 方案二

　　方案二：如图五所示，用力使主动杆旋转时，锅盖会抬起、关闭。该结构缺点是左上角空间要求较大。

　　方案三：如图六所示，该结构缺点是用力时手要求抬起一定高度，费力而且连杆可能与锅盖发生干涉。

图六 方案三

图七 方案四

　　方案四：该机构应用两个四连杆机构串联，既满足主动杆的旋转要求，又克服方案三的缺点，而且操作方便，因此最终我们选择方案四。(原理见图七)

　　综上所述，将上述各功能装置结合起来即可形成完整的作品。设计整体尺寸：469×400×303mm3。其整体三维效果图如下：

图八：作品整体三维效果图

　　由于篇幅限制，部分设计计算没有一一列出，该作品主要有以下创新点：控火装置用的是一个简单的四连杆机构;锅盖启闭利用串联的两个四连杆机构完成;锥齿传动实现翻炒。

　　三、作品应用前景

　　作品拥有广泛的应用前景。其自动控火装置可加装在现有的各类燃气灶上，简单方便。目前普通食谱含大量翻炒类菜式，这给它的自动炒菜功能提供了广泛的应用空间，而且自动炒菜功能特别适用于学校、工厂的大型食堂，它也使板栗、花生等粒状食物的翻炒变得更加简单。该作品在第三届湖北省高校大学生机械创新设计大赛中获得了二等奖，这也充分肯定了它的设计价值。

　　参考文献

　　【1】哈尔滨工业大学理论力学教研室编.《理论力学》(第六版)，高等教育出版社，2002.8.

　　【2】孙训方，方孝淑，关来泰编.《材料力学》(第四版)，高等教育出版社，2002.8.

　　【3】彭文生，黄华梁等主编.《机械设计》(第二版)，华中科技大学出版社，2000.

　　【4】西北工业大学机械原理及机械零件教研室编.《机械原理》(第六版)，高等教育出版社，2001.5.

　　【5】周光炯、严宗毅、许世雄、章克本编,《流体力学》(第二版)高等教育出版社2000

　　【6】唐增宝，何永然，刘安俊主编.《机械设计课程设计》(第二版)，华中科技大学出版社，1999.

　　【7】王伯平主编.《互换性与测量技术基础》(第二版)，机械工业出版社，2007.2.

　　【8】中国地质大学王巍主编.《机械制图》，高等教育出版社，2003.7.

　　【9】中国农业机械化科学研究院编.《实用机械设计手册》，中国农业机械出版社，1985.7.