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，家用電動洗碗機國內(nèi)市場逐漸興起，從普及率上來看還有很大的發(fā)展空間。在國際市場上，雖然洗碗機市場已經(jīng)相當成熟，洗碗機在歐美國家家庭普及率達到60%～90%[1]，但國內(nèi)洗碗機出口企業(yè)仍有向高端產(chǎn)品發(fā)展的巨大潛力。不論在國際市場還是國內(nèi)市場，嵌入式柜式洗碗機由于具有餐具容量大、能夠充分利用廚房空間的優(yōu)點，受到全世界消費者的歡迎，占據(jù)了洗碗機整體銷售的較大份額[2-3]。全嵌入式洗碗機是洗碗機整體完全隱藏在櫥柜中的一種形態(tài)，使用時需要在其門體上安裝一塊櫥柜門板，使洗碗機完全隱藏在櫥柜中，獲得整體性、一致性強的廚房視覺效果。在洗碗機結(jié)構(gòu)中，門鉸鏈是支撐洗碗機門體、使門體能夠正常旋轉(zhuǎn)開關(guān)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。而滑動門鉸鏈是其中較為特殊的一種，能夠在用戶打開洗碗機門時，使櫥柜門板自動產(chǎn)生相對滑動，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的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，全球洗碗機行業(yè)中各主要生產(chǎn)商都推出了帶滑動門鉸鏈配置的機型，結(jié)構(gòu)類型各異，各有特點。本文通過文獻收集和市場調(diào)研，對行業(yè)中滑動門鉸鏈進行結(jié)構(gòu)分析，對滑動門鉸鏈的設(shè)計方向進行展望。

1 洗碗機滑動門鉸鏈的基本功能

作為下開門電器，普通的全嵌式洗碗機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。隨著消費者對櫥柜外觀要求的不斷提高，逐漸出現(xiàn)了縮小櫥柜縫隙、形成無縫外觀的要求，這是普通固定轉(zhuǎn)軸的鉸鏈所無法克服的困難，如圖1（a）所示。另外，市場上也逐漸出現(xiàn)了安裝長門板（比如長度達到800mm的門板）的無踢腳線的櫥柜需求，而普通鉸鏈的洗碗機通常對門板的長度有較大的限制，因為在開門旋轉(zhuǎn)過程中，過長的門板會與洗碗機本身的底盤產(chǎn)生干涉，無法開門。洗碗機滑動門鉸鏈就是為了解決這兩個問題而誕生的。該鉸鏈的主要功能是在洗碗機開門時使門板與洗碗機門之間產(chǎn)生相對滑動，遠離干涉位置，從而避免與地腳線或洗碗機底盤干涉，如圖1（b）所示。

圖1 嵌入式洗碗機與櫥柜的結(jié)構(gòu)關(guān)系

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

基于市場調(diào)研和產(chǎn)品研究，本文對市場上各種滑動門機構(gòu)進行三維建模分析。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)的滑動門鉸鏈應(yīng)用在多個洗碗機制造商的產(chǎn)品上。

2.1 齒輪齒條式

齒輪齒條式設(shè)計以意大利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，鉸鏈本體繞該軸旋轉(zhuǎn)。齒輪連桿與鉸鏈臂可旋轉(zhuǎn)連接，并且其另一端運動軌跡受到其他結(jié)構(gòu)的約束，進行豎直方向的直線運動。齒條可在鉸鏈本體中沿鉸鏈本體滑動，與櫥柜門板相固定，鉸鏈本體則與洗碗機門體相固定。用戶開門時，齒輪連桿驅(qū)動滑塊滑動，使櫥柜門板產(chǎn)生相對滑動。開門角度和相對位移的關(guān)系如圖3所示。從該結(jié)構(gòu)的滑動曲線可以看到，其滑動行程與開門角度之間基本上呈線性關(guān)系。

圖2 齒輪齒條式滑動門鉸鏈運動原理

圖3 齒輪齒條式滑動門鉸鏈滑動距離-開門角度關(guān)系

實際使用中，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。齒輪連桿在開門過程中的旋轉(zhuǎn)角度有限，因此單級齒輪齒條產(chǎn)生的滑動行程往往較為有限。要獲得更大行程，通常需要采用二級齒輪齒條的形式，如C公司的專利就使用了該二級齒輪齒條結(jié)構(gòu)[4]，整體機構(gòu)較為復雜，常常也會使制造成本較高。

2.2 多連桿式

E公司在產(chǎn)品上應(yīng)用多連桿式的滑動門鉸鏈[5]，其結(jié)構(gòu)和運動過程示意如圖4所示。

圖4 E 公司多連桿滑動門鉸鏈運動示意圖

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

圖5 E 公司多連桿滑動門鉸鏈滑動距離-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B旋轉(zhuǎn)，在門體旋轉(zhuǎn)時與連桿A與鉸鏈本體之間的轉(zhuǎn)動軌跡存在差異。該差異由可繞鉸鏈本體上另一點C轉(zhuǎn)動的連桿B放大，推動在鉸鏈本體上滑動的滑塊滑動，使與滑塊相連的櫥柜門板（圖中省略）滑動。在開門90°時，滑塊滑動距離為32mm，運動關(guān)系如圖7所示。

圖6 B 公司多連桿滑動門鉸鏈運動示意圖

圖7 B 公司多連桿滑動門鉸鏈滑動距離-開門角度關(guān)系

從上面兩款多連桿式結(jié)構(gòu)滑動門鉸鏈可以看到，這類機構(gòu)的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)非常緊湊，運動過程占用的空間較少，可以避免過多占用有限的洗碗機側(cè)壁空間，從而提高滑動門鉸鏈與洗碗機其他技術(shù)配置（如熱風組件等空間占用較大的組件）的兼容性。多連桿式滑動門鉸鏈整個機構(gòu)各組件的連接均采用簡單可靠的金屬銷釘鉚接，有利于控制組件成本。

2.3 導桿式

意大利S公司生產(chǎn)的滑動門嵌入式洗碗機采用連桿導桿式的機械結(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。連桿上有導槽，固定于鉸鏈本體上的銷釘可在連桿上的導槽中滑動。開門時，鉸鏈本體上的銷釘通過導槽限制連桿的轉(zhuǎn)動，與之相連的櫥柜門板與洗碗機門之間產(chǎn)生相對滑動。其滑動距離-開門角度關(guān)系見圖9。

圖8 S 公司導桿滑動門鉸鏈運動示意圖

圖9 S 公司導桿滑動門鉸鏈滑動距離-開門角度關(guān)系

由于連桿的整體繞連桿轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，連桿與櫥柜門板的連接點只能做半徑固定的圓周運動，其運動軌跡不可能與鉸鏈本體相同，因此，此結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)櫥柜門板與洗碗機門體的完全平行滑動。櫥柜門板上端與洗碗機門之間通過固定滑槽連接，隨著開門角度增大，門板與洗碗機門之間產(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，可能會引起一些使用安全上的問題。

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

圖10 W 公司導桿滑動門鉸鏈運動示意圖

圖11 W 公司導桿滑動門鉸鏈滑動距離-開門角度關(guān)系

3 滑動門鉸鏈設(shè)計影響因素討論

3.1 櫥柜干涉結(jié)構(gòu)的影響

全嵌入式洗碗機安裝在櫥柜內(nèi)，其頂部是櫥柜的臺面板。如圖1（a）所示，臺面板通常會突出櫥柜門板一段距離?；瑒娱T鉸鏈在設(shè)計時必須考慮這一段距離，在開門角度較小時候應(yīng)限制滑動速度，避免門板滑動過快。另外，在設(shè)計安裝圖紙時需要在門板頂部和臺面板之間預(yù)留一定的間隙，否則門板將在開門時向上與臺面板干涉刮擦，阻礙開門，強行開門將損壞鉸鏈。另外，又必須考慮裝飾型地腳線的影響。前文提到，櫥柜市場上以“無縫”外觀作為高端產(chǎn)品的賣點，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，滑動門鉸鏈在開門階段又必須具有一定的滑動速率，以防止門板因轉(zhuǎn)動而與踢腳線干涉。上述兩個因素限制了滑動門鉸鏈在開門階段的滑動速率。最為理想的情況是在開門5°內(nèi)，櫥柜門板上下端點的運動軌跡基本呈直線，既不會與臺面板干涉，也不會與踢腳線干涉。

3.2 洗碗機底盤結(jié)構(gòu)的影響

前文已提到，滑動門鉸鏈的意義之一正是在于避免過長的櫥柜門板與洗碗機底盤干涉，因此洗碗機底盤是影響滑動門鉸鏈行程的主要因素。嵌入式洗碗機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)計上難以做到以固定門鉸鏈容納800mm長的門板，因此滑動門鉸鏈在需要匹配長門板時是不可替代的。底盤后縮的距離越大，則滑動門鉸鏈所需的行程就越短。目前市場上行程較長的是W公司的導桿式滑動門鉸鏈，行程達到83mm。

底盤結(jié)構(gòu)除了影響行程外，還可能會影響鉸鏈滑動速率的設(shè)計，以至于影響整個機構(gòu)方案的設(shè)計。例如，某些廠商的洗碗機底盤具有如圖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此突出結(jié)構(gòu)，之后可以少滑動甚至不滑動。如果采用完全線性的機械結(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)，不得不加長整個開門過程的滑動行程，造成行程的浪費，因為越過突出點后的滑動是沒有意義的。這種情況下，導桿式的結(jié)構(gòu)可能是更優(yōu)的選擇，因為設(shè)計者可以較為方便地通過設(shè)計導槽的軌跡來改變開門過程的滑動速率，例如美的公司所申請的滑動門鉸鏈結(jié)構(gòu)就通過設(shè)計導槽軌跡達到控制滑動速率的目的[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開門功能等。下開門式洗碗機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械結(jié)構(gòu)，與滑動門鉸鏈的機構(gòu)運動相對獨立，因此不是本文關(guān)注的重點，在前文建模的圖形中均已省略。需要提到的是，因為滑動門機構(gòu)較為復雜，內(nèi)摩擦力較大，因此，在相同的平衡結(jié)構(gòu)下滑動門匹配的門板重量范圍往往更寬。由于市場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，這對平衡結(jié)構(gòu)和鉸鏈設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

自動開門功能在洗碗機干燥階段將門自動打開，能提高餐具干燥效果，在全球市場上非常常見[9]。由于滑動門洗碗機在開門時伴隨門板的運動，開門阻力較大，因此在滑動門鉸鏈上搭配自動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，或直接采用長行程的開門頂出機構(gòu)，避免無法自動開門的故障。

4 結(jié)論

滑動門鉸鏈可以通過多種機械結(jié)構(gòu)實現(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)、洗碗機底盤結(jié)構(gòu)等因素都會顯著影響滑動門鉸鏈的設(shè)計。本文認為，使用較為簡單的導桿和連桿結(jié)構(gòu)有利于生產(chǎn)商簡化制造工藝，控制成本，也有利于實現(xiàn)開門平順的用戶體驗。多連桿滑動門鉸鏈結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低廉，同時空間占用較小，容易實現(xiàn)與洗碗機其他技術(shù)配置相互兼容，是較為理想的一種滑動門鉸鏈結(jié)構(gòu)。