本文介紹了SolidWorks設計型節能燃氣灶的相關應用。

　　一、前言

　　作品設計背景：1、在日常生活中，人們用燃氣灶做菜時會發現每次將鍋拿離灶臺時，燃氣灶都有空燃現象，為了節省燃氣，人們不得不分開手來關小火力。可是為了避免麻煩,人們往往不去關火,這樣積累下來構成了嚴重的浪費。2、據統計，家庭菜譜中大約60%菜需要翻炒，學校、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生的油煙、熱氣等造成工作環境很差，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計

　　針對燃氣灶的空燃現象，我們設計了火焰自動控制裝置，原理如圖一。在鍋架一腳處設計一杠桿片，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，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15°時帶動DC旋轉60°。

圖一：火焰自動控制裝置原理圖

　　2、自動翻炒裝置設計

　　針對人工炒菜費力、環境差的問題，我們設計了自動翻炒裝置(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變為豎直方向扭矩，從而使四個鏟腳繞同一軸線旋轉。每個鏟腳旋轉時形成的環繞面所在高度不同，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，該結構也可以滿足要求。選用電機6W-2200W齒輪減速,調速,剎車電機.轉速5-500轉/分鐘。

圖二：自動翻炒功能原理圖

　　3、四根炒腳尺寸位置設計：

　　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旋轉環面以下的鍋截面弧長2LEF占總弧長L百分比：

　　由以上計算知，四根鏟腳同時旋轉時，帶動菜在鍋內轉動，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、關閉裝置設計

　　根據前面自動翻炒裝置的結構設計，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的空間軸旋轉抬起兩種方式。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構設計方案有四種：

　　方案一：曲柄滑塊機構，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、關閉。該結構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，用力使主動桿旋轉時，鍋蓋會抬起、關閉。該結構缺點是左上角空間要求較大。

　　方案三：如圖六所示，該結構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生干涉。

圖六 方案三

圖七 方案四

　　方案四：該機構應用兩個四連桿機構串聯，既滿足主動桿的旋轉要求，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合起來即可形成完整的作品。設計整體尺寸：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，部分設計計算沒有一一列出，該作品主要有以下創新點：控火裝置用的是一個簡單的四連桿機構;鍋蓋啟閉利用串聯的兩個四連桿機構完成;錐齒傳動實現翻炒。

　　三、作品應用前景

　　作品擁有廣泛的應用前景。其自動控火裝置可加裝在現有的各類燃氣灶上，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用空間，而且自動炒菜功能特別適用于學校、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生機械創新設計大賽中獲得了二等獎，這也充分肯定了它的設計價值。

　　參考文獻

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

　　【2】孫訓方，方孝淑，關來泰編.《材料力學》(第四版)，高等教育出版社，2002.8.

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

　　【4】西北工業大學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》(第二版)高等教育出版社2000

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

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

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

　　【9】中國農業機械化科學研究院編.《實用機械設計手冊》，中國農業機械出版社，1985.7.