朱文彬，張軍杰，趙建勛

佛山市順德區(qū)美的洗滌電器制造有限公司，廣東佛山，528311

0 引言

近年來(lái)，家用電動(dòng)洗碗機(jī)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐漸興起，從普及率上來(lái)看還有很大的發(fā)展空間。在國(guó)際市場(chǎng)上，雖然洗碗機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)相當(dāng)成熟，洗碗機(jī)在歐美國(guó)家家庭普及率達(dá)到60%～90%[1]，但國(guó)內(nèi)洗碗機(jī)出口企業(yè)仍有向高端產(chǎn)品發(fā)展的巨大潛力。不論在國(guó)際市場(chǎng)還是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，嵌入式柜式洗碗機(jī)由于具有餐具容量大、能夠充分利用廚房空間的優(yōu)點(diǎn)，受到全世界消費(fèi)者的歡迎，占據(jù)了洗碗機(jī)整體銷售的較大份額[2-3]。全嵌入式洗碗機(jī)是洗碗機(jī)整體完全隱藏在櫥柜中的一種形態(tài)，使用時(shí)需要在其門體上安裝一塊櫥柜門板，使洗碗機(jī)完全隱藏在櫥柜中，獲得整體性、一致性強(qiáng)的廚房視覺效果。在洗碗機(jī)結(jié)構(gòu)中，門鉸鏈?zhǔn)侵蜗赐霗C(jī)門體、使門體能夠正常旋轉(zhuǎn)開關(guān)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。而滑動(dòng)門鉸鏈?zhǔn)瞧渲休^為特殊的一種，能夠在用戶打開洗碗機(jī)門時(shí)，使櫥柜門板自動(dòng)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而避開櫥柜上的某些干涉結(jié)構(gòu)，與櫥柜更好地匹配，是高端嵌入式洗碗機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，全球洗碗機(jī)行業(yè)中各主要生產(chǎn)商都推出了帶滑動(dòng)門鉸鏈配置的機(jī)型，結(jié)構(gòu)類型各異，各有特點(diǎn)。本文通過(guò)文獻(xiàn)收集和市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)行業(yè)中滑動(dòng)門鉸鏈進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，對(duì)滑動(dòng)門鉸鏈的設(shè)計(jì)方向進(jìn)行展望。

1 洗碗機(jī)滑動(dòng)門鉸鏈的基本功能

作為下開門電器，普通的全嵌式洗碗機(jī)需要在門板和櫥柜地腳線之間預(yù)留一定的間隙，為門體旋轉(zhuǎn)提供空間。隨著消費(fèi)者對(duì)櫥柜外觀要求的不斷提高，逐漸出現(xiàn)了縮小櫥柜縫隙、形成無(wú)縫外觀的要求，這是普通固定轉(zhuǎn)軸的鉸鏈所無(wú)法克服的困難，如圖1（a）所示。另外，市場(chǎng)上也逐漸出現(xiàn)了安裝長(zhǎng)門板（比如長(zhǎng)度達(dá)到800mm的門板）的無(wú)踢腳線的櫥柜需求，而普通鉸鏈的洗碗機(jī)通常對(duì)門板的長(zhǎng)度有較大的限制，因?yàn)樵陂_門旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，過(guò)長(zhǎng)的門板會(huì)與洗碗機(jī)本身的底盤產(chǎn)生干涉，無(wú)法開門。洗碗機(jī)滑動(dòng)門鉸鏈就是為了解決這兩個(gè)問(wèn)題而誕生的。該鉸鏈的主要功能是在洗碗機(jī)開門時(shí)使門板與洗碗機(jī)門之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，遠(yuǎn)離干涉位置，從而避免與地腳線或洗碗機(jī)底盤干涉，如圖1（b）所示。

圖1 嵌入式洗碗機(jī)與櫥柜的結(jié)構(gòu)關(guān)系

2 產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀與機(jī)械結(jié)構(gòu)分析

基于市場(chǎng)調(diào)研和產(chǎn)品研究，本文對(duì)市場(chǎng)上各種滑動(dòng)門機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模分析。意大利鉸鏈制造商C公司是歐洲家電鉸鏈系統(tǒng)的主要制造商之一，其生產(chǎn)的滑動(dòng)門鉸鏈應(yīng)用在多個(gè)洗碗機(jī)制造商的產(chǎn)品上。

2.1 齒輪齒條式

齒輪齒條式設(shè)計(jì)以意大利C公司的產(chǎn)品為代表[4]。如圖2所示，該鉸鏈結(jié)構(gòu)由鉸鏈支撐、鉸鏈本體、齒輪連桿和齒條構(gòu)成，其中鉸鏈支撐上有一轉(zhuǎn)軸作為鉸鏈的轉(zhuǎn)軸，在開關(guān)門時(shí)，鉸鏈本體繞該軸旋轉(zhuǎn)。齒輪連桿與鉸鏈臂可旋轉(zhuǎn)連接，并且其另一端運(yùn)動(dòng)軌跡受到其他結(jié)構(gòu)的約束，進(jìn)行豎直方向的直線運(yùn)動(dòng)。齒條可在鉸鏈本體中沿鉸鏈本體滑動(dòng)，與櫥柜門板相固定，鉸鏈本體則與洗碗機(jī)門體相固定。用戶開門時(shí)，齒輪連桿驅(qū)動(dòng)滑塊滑動(dòng)，使櫥柜門板產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。開門角度和相對(duì)位移的關(guān)系如圖3所示。從該結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)曲線可以看到，其滑動(dòng)行程與開門角度之間基本上呈線性關(guān)系。

圖2 齒輪齒條式滑動(dòng)門鉸鏈運(yùn)動(dòng)原理

圖3 齒輪齒條式滑動(dòng)門鉸鏈滑動(dòng)距離-開門角度關(guān)系

實(shí)際使用中，受到制造誤差影響，齒輪齒條之間的嚙合可能產(chǎn)生不夠平順的現(xiàn)象。齒輪連桿在開門過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)角度有限，因此單級(jí)齒輪齒條產(chǎn)生的滑動(dòng)行程往往較為有限。要獲得更大行程，通常需要采用二級(jí)齒輪齒條的形式，如C公司的專利就使用了該二級(jí)齒輪齒條結(jié)構(gòu)[4]，整體機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，常常也會(huì)使制造成本較高。

2.2 多連桿式

E公司在產(chǎn)品上應(yīng)用多連桿式的滑動(dòng)門鉸鏈[5]，其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意如圖4所示。

圖4 E 公司多連桿滑動(dòng)門鉸鏈運(yùn)動(dòng)示意圖

連桿C與鉸鏈支撐可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，可繞轉(zhuǎn)軸A轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)軸B中間與鉸鏈本體通過(guò)轉(zhuǎn)軸B可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其兩端分別與連桿A和連桿C通過(guò)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接。轉(zhuǎn)軸C又與滑塊可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，滑塊則可沿著鉸鏈本體滑動(dòng)，櫥柜門板可以通過(guò)支架固定在滑塊上，圖中省略。開門時(shí)，鉸鏈本體繞門體轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸B作用驅(qū)動(dòng)整個(gè)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，使滑塊滑動(dòng)。該機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的滑塊位移如圖4所示。在開門90°時(shí)，滑動(dòng)距離達(dá)到60.7mm，其滑動(dòng)距離-開門角度的關(guān)系見圖5。

圖5 E 公司多連桿滑動(dòng)門鉸鏈滑動(dòng)距離-開門角度關(guān)系

B公司在產(chǎn)品上應(yīng)用一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多連桿結(jié)構(gòu)[6]。如圖6所示，連桿A繞與門體轉(zhuǎn)軸不同的點(diǎn)B旋轉(zhuǎn)，在門體旋轉(zhuǎn)時(shí)與連桿A與鉸鏈本體之間的轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡存在差異。該差異由可繞鉸鏈本體上另一點(diǎn)C轉(zhuǎn)動(dòng)的連桿B放大，推動(dòng)在鉸鏈本體上滑動(dòng)的滑塊滑動(dòng)，使與滑塊相連的櫥柜門板（圖中省略）滑動(dòng)。在開門90°時(shí)，滑塊滑動(dòng)距離為32mm，運(yùn)動(dòng)關(guān)系如圖7所示。

圖6 B 公司多連桿滑動(dòng)門鉸鏈運(yùn)動(dòng)示意圖

圖7 B 公司多連桿滑動(dòng)門鉸鏈滑動(dòng)距離-開門角度關(guān)系

從上面兩款多連桿式結(jié)構(gòu)滑動(dòng)門鉸鏈可以看到，這類機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)非常緊湊，運(yùn)動(dòng)過(guò)程占用的空間較少，可以避免過(guò)多占用有限的洗碗機(jī)側(cè)壁空間，從而提高滑動(dòng)門鉸鏈與洗碗機(jī)其他技術(shù)配置（如熱風(fēng)組件等空間占用較大的組件）的兼容性。多連桿式滑動(dòng)門鉸鏈整個(gè)機(jī)構(gòu)各組件的連接均采用簡(jiǎn)單可靠的金屬銷釘鉚接，有利于控制組件成本。

2.3 導(dǎo)桿式

意大利S公司生產(chǎn)的滑動(dòng)門嵌入式洗碗機(jī)采用連桿導(dǎo)桿式的機(jī)械結(jié)構(gòu)。如圖8所示，鉸鏈支撐上有連桿轉(zhuǎn)軸和門體轉(zhuǎn)軸，連桿和鉸鏈分體分別繞兩轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。連桿上有導(dǎo)槽，固定于鉸鏈本體上的銷釘可在連桿上的導(dǎo)槽中滑動(dòng)。開門時(shí)，鉸鏈本體上的銷釘通過(guò)導(dǎo)槽限制連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，與之相連的櫥柜門板與洗碗機(jī)門之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。其滑動(dòng)距離-開門角度關(guān)系見圖9。

圖8 S 公司導(dǎo)桿滑動(dòng)門鉸鏈運(yùn)動(dòng)示意圖

圖9 S 公司導(dǎo)桿滑動(dòng)門鉸鏈滑動(dòng)距離-開門角度關(guān)系

由于連桿的整體繞連桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿與櫥柜門板的連接點(diǎn)只能做半徑固定的圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡不可能與鉸鏈本體相同，因此，此結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)櫥柜門板與洗碗機(jī)門體的完全平行滑動(dòng)。櫥柜門板上端與洗碗機(jī)門之間通過(guò)固定滑槽連接，隨著開門角度增大，門板與洗碗機(jī)門之間產(chǎn)生逐漸增大后又減小的間隙。此間隙寬度足以容納幼兒的手指，可能會(huì)引起一些使用安全上的問(wèn)題。

W公司的應(yīng)用導(dǎo)桿式的滑動(dòng)門鉸鏈則避免了這一問(wèn)題[7]，櫥柜門板可與洗碗機(jī)門之間完全平行滑動(dòng)。如圖10所示，鉸鏈支撐上設(shè)有導(dǎo)槽，導(dǎo)桿一端受其約束只能在導(dǎo)槽內(nèi)滑動(dòng)，另一端直接與滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接，滑塊可在鉸鏈本體上平行滑動(dòng)。導(dǎo)桿通過(guò)轉(zhuǎn)軸A與連桿一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連桿另一端則通過(guò)門體轉(zhuǎn)軸與鉸鏈支撐相連。其滑動(dòng)距離-開門角度的關(guān)系見圖11。

圖10 W 公司導(dǎo)桿滑動(dòng)門鉸鏈運(yùn)動(dòng)示意圖

圖11 W 公司導(dǎo)桿滑動(dòng)門鉸鏈滑動(dòng)距離-開門角度關(guān)系

3 滑動(dòng)門鉸鏈設(shè)計(jì)影響因素討論

3.1 櫥柜干涉結(jié)構(gòu)的影響

全嵌入式洗碗機(jī)安裝在櫥柜內(nèi)，其頂部是櫥柜的臺(tái)面板。如圖1（a）所示，臺(tái)面板通常會(huì)突出櫥柜門板一段距離?；瑒?dòng)門鉸鏈在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮這一段距離，在開門角度較小時(shí)候應(yīng)限制滑動(dòng)速度，避免門板滑動(dòng)過(guò)快。另外，在設(shè)計(jì)安裝圖紙時(shí)需要在門板頂部和臺(tái)面板之間預(yù)留一定的間隙，否則門板將在開門時(shí)向上與臺(tái)面板干涉刮擦，阻礙開門，強(qiáng)行開門將損壞鉸鏈。另外，又必須考慮裝飾型地腳線的影響。前文提到，櫥柜市場(chǎng)上以“無(wú)縫”外觀作為高端產(chǎn)品的賣點(diǎn)，其裝飾型地腳線與櫥柜門板之間的間隙，通常只有2～3mm。因此，為了避免與踢腳線干涉，滑動(dòng)門鉸鏈在開門階段又必須具有一定的滑動(dòng)速率，以防止門板因轉(zhuǎn)動(dòng)而與踢腳線干涉。上述兩個(gè)因素限制了滑動(dòng)門鉸鏈在開門階段的滑動(dòng)速率。最為理想的情況是在開門5°內(nèi)，櫥柜門板上下端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡基本呈直線，既不會(huì)與臺(tái)面板干涉，也不會(huì)與踢腳線干涉。

3.2 洗碗機(jī)底盤結(jié)構(gòu)的影響

前文已提到，滑動(dòng)門鉸鏈的意義之一正是在于避免過(guò)長(zhǎng)的櫥柜門板與洗碗機(jī)底盤干涉，因此洗碗機(jī)底盤是影響滑動(dòng)門鉸鏈行程的主要因素。嵌入式洗碗機(jī)的底盤通常較門體后縮一段距離，但受到水流系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)影響，底盤空間受限，設(shè)計(jì)上難以做到以固定門鉸鏈容納800mm長(zhǎng)的門板，因此滑動(dòng)門鉸鏈在需要匹配長(zhǎng)門板時(shí)是不可替代的。底盤后縮的距離越大，則滑動(dòng)門鉸鏈所需的行程就越短。目前市場(chǎng)上行程較長(zhǎng)的是W公司的導(dǎo)桿式滑動(dòng)門鉸鏈，行程達(dá)到83mm。

底盤結(jié)構(gòu)除了影響行程外，還可能會(huì)影響鉸鏈滑動(dòng)速率的設(shè)計(jì)，以至于影響整個(gè)機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)。例如，某些廠商的洗碗機(jī)底盤具有如圖1（b）所示的突出結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，實(shí)際上限制行程的是此突出結(jié)構(gòu)，只要開門后門板下端越過(guò)此突出結(jié)構(gòu)，之后可以少滑動(dòng)甚至不滑動(dòng)。如果采用完全線性的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如前文中提到的齒輪齒條結(jié)構(gòu)，由于受限于這一處于中間位置的突出結(jié)構(gòu)，不得不加長(zhǎng)整個(gè)開門過(guò)程的滑動(dòng)行程，造成行程的浪費(fèi)，因?yàn)樵竭^(guò)突出點(diǎn)后的滑動(dòng)是沒有意義的。這種情況下，導(dǎo)桿式的結(jié)構(gòu)可能是更優(yōu)的選擇，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者可以較為方便地通過(guò)設(shè)計(jì)導(dǎo)槽的軌跡來(lái)改變開門過(guò)程的滑動(dòng)速率，例如美的公司所申請(qǐng)的滑動(dòng)門鉸鏈結(jié)構(gòu)就通過(guò)設(shè)計(jì)導(dǎo)槽軌跡達(dá)到控制滑動(dòng)速率的目的[8]。

3.3 其他因素的影響

其他因素還包括櫥柜門板的重量和自動(dòng)開門功能等。下開門式洗碗機(jī)通常要求門體在開門任意角度保持自主懸停，但門體自平衡主要依靠其他機(jī)械結(jié)構(gòu)，與滑動(dòng)門鉸鏈的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相對(duì)獨(dú)立，因此不是本文關(guān)注的重點(diǎn)，在前文建模的圖形中均已省略。需要提到的是，因?yàn)榛瑒?dòng)門機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，內(nèi)摩擦力較大，因此，在相同的平衡結(jié)構(gòu)下滑動(dòng)門匹配的門板重量范圍往往更寬。由于市場(chǎng)上櫥柜門板的種類繁多，有超輕的木邊框門板，也有超重的含石板的門板，已經(jīng)出現(xiàn)了匹配3～12kg這樣寬重量范圍門板的需求，這對(duì)平衡結(jié)構(gòu)和鉸鏈設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。

自動(dòng)開門功能在洗碗機(jī)干燥階段將門自動(dòng)打開，能提高餐具干燥效果，在全球市場(chǎng)上非常常見[9]。由于滑動(dòng)門洗碗機(jī)在開門時(shí)伴隨門板的運(yùn)動(dòng)，開門阻力較大，因此在滑動(dòng)門鉸鏈上搭配自動(dòng)開門功能常常需要搭配彈簧輔助開門結(jié)構(gòu)，給門體一定的開門預(yù)應(yīng)力，在門鎖釋放后輔助開門，或直接采用長(zhǎng)行程的開門頂出機(jī)構(gòu)，避免無(wú)法自動(dòng)開門的故障。

4 結(jié)論

滑動(dòng)門鉸鏈可以通過(guò)多種機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，但不同的結(jié)構(gòu)之間由于工藝差異很大，也可能產(chǎn)生很大的成本和匹配性差異。櫥柜結(jié)構(gòu)、洗碗機(jī)底盤結(jié)構(gòu)等因素都會(huì)顯著影響滑動(dòng)門鉸鏈的設(shè)計(jì)。本文認(rèn)為，使用較為簡(jiǎn)單的導(dǎo)桿和連桿結(jié)構(gòu)有利于生產(chǎn)商簡(jiǎn)化制造工藝，控制成本，也有利于實(shí)現(xiàn)開門平順的用戶體驗(yàn)。多連桿滑動(dòng)門鉸鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本低廉，同時(shí)空間占用較小，容易實(shí)現(xiàn)與洗碗機(jī)其他技術(shù)配置相互兼容，是較為理想的一種滑動(dòng)門鉸鏈結(jié)構(gòu)。