王海彬 楊恒杰

珠海德豪潤(rùn)達(dá)電氣有限公司 廣東珠海 519085

1 引言

機(jī)械式烤箱一般有三個(gè)功能選擇，溫度/時(shí)間/檔位（上下火/熱風(fēng)/旋轉(zhuǎn)等），定時(shí)器是時(shí)間控制的關(guān)鍵元器件，起計(jì)時(shí)和開(kāi)關(guān)功能。結(jié)合食物的烘烤需求，定時(shí)器的計(jì)時(shí)從數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)不等，但一般不大于2小時(shí)。為滿足用戶長(zhǎng)時(shí)間烘烤需求，部分定時(shí)器帶有常通功能，即設(shè)定到此位置時(shí)，烤箱可以一直工作。近年來(lái)烤箱長(zhǎng)時(shí)間工作造成的安全事故逐步增加，為此美國(guó)UL 1026家用烘烤類(lèi)產(chǎn)品安全法規(guī)在2016年初更新要求，針對(duì)定時(shí)器帶常通功能的烤箱，如定時(shí)器的歸零和常通方向是一樣的，在操作時(shí)用戶須增加一個(gè)動(dòng)作才能使定時(shí)器觸發(fā)常通功能。目的是防止在用戶未知的情況下烤箱常通造成危險(xiǎn)：

（1）用戶提前手動(dòng)歸零時(shí)，操作力度偏大，定時(shí)器在到起始位置后繼續(xù)移動(dòng)，導(dǎo)致定時(shí)器到達(dá)常通位置；

（2）定時(shí)器發(fā)生故障，在其自動(dòng)歸零至零點(diǎn)后繼續(xù)移動(dòng)至常通位置。

2 定時(shí)器原理及操作

定時(shí)器是通過(guò)擰緊內(nèi)部發(fā)條作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)擒縱輪傳動(dòng)的原理進(jìn)行計(jì)時(shí)通斷的，如圖1所示。擰動(dòng)定時(shí)器軸，定時(shí)器觸點(diǎn)接通開(kāi)關(guān)，擰動(dòng)角度設(shè)定其計(jì)時(shí)時(shí)間。常通功能是內(nèi)部通過(guò)走凸輪爬坡角度實(shí)現(xiàn)，無(wú)需動(dòng)力，為能方便順利進(jìn)入常通，避免受到發(fā)條力影響，常通方向與發(fā)條擰動(dòng)方向相反。

結(jié)合定時(shí)器的結(jié)構(gòu)，烤箱計(jì)時(shí)啟動(dòng)常規(guī)操作方式，如圖2所示。默認(rèn)狀態(tài)下，定時(shí)器在“關(guān)”位置，此時(shí)定時(shí)器觸點(diǎn)斷開(kāi)電路未通。順時(shí)針擰動(dòng)定時(shí)器至計(jì)時(shí)位置，如10分鐘，電路同步連通烤箱開(kāi)始工作，擒縱輪經(jīng)過(guò)一系列的傳動(dòng)慢慢釋放發(fā)條力，帶動(dòng)定時(shí)器軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10分鐘至零點(diǎn)“關(guān)”后電路斷開(kāi)。常通位置在零點(diǎn)“關(guān)”位置左側(cè)45°，即歸零方向與常通功能方向一致，觸發(fā)UL的新要求。

結(jié)構(gòu)及原理的限制，使得更改定時(shí)器自身結(jié)構(gòu)來(lái)滿足安規(guī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為滿足安規(guī)新要求，保證烤箱在北美市場(chǎng)正常銷(xiāo)售，新烤箱只能重新設(shè)計(jì)一種旋鈕/定時(shí)器/面板三者的配合結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為保證產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，新結(jié)構(gòu)要做到易操作/低成本。

3 方案原理

面板設(shè)計(jì)擋塊結(jié)構(gòu)，旋鈕組件（定時(shí)器）設(shè)計(jì)按鍵結(jié)構(gòu)，兩者通過(guò)彈性限位結(jié)構(gòu)配合，其中定時(shí)器通過(guò)螺釘連接于面板，擋塊設(shè)計(jì)于面板定時(shí)器安裝孔內(nèi)，旋鈕組件與定時(shí)器通過(guò)軸孔配合連接。工作原理如下：當(dāng)用戶不使用常通功能（如圖3所示），定時(shí)器歸零時(shí)，面板內(nèi)擋塊與旋鈕內(nèi)按鍵接觸干涉，定時(shí)器因限位無(wú)法到達(dá)常通位置，可以防止用戶在提前關(guān)閉定時(shí)器時(shí)無(wú)意識(shí)的旋轉(zhuǎn)到常通位置，同樣防止定時(shí)器出現(xiàn)故障自動(dòng)跳到常通位置而一直工作。當(dāng)用戶需要使用常通功能時(shí)（如圖4所示），需用手指將按鍵往內(nèi)移動(dòng)（即增加一個(gè)動(dòng)作），按鍵向內(nèi)移動(dòng)避開(kāi)擋塊干涉解除，此時(shí)旋鈕可以繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°帶動(dòng)定時(shí)器到達(dá)常通位置。當(dāng)用戶需要烤箱從常通回到其他狀態(tài)時(shí)，旋鈕按鍵的斜面設(shè)計(jì)，按鍵與擋塊此時(shí)相互讓開(kāi)，用戶可正常旋轉(zhuǎn)旋鈕至零點(diǎn)或其余定時(shí)位置。

4 方案設(shè)計(jì)

4.1 旋鈕組件

旋鈕組件由4部分組成：旋鈕、按鍵、彈簧、擋圈，如圖5所示。其中，彈簧為按鍵按壓恢復(fù)提供彈力；按鍵作為與面板擋塊限位及操作部分，頂部凸起作為按壓操作面，底部斜平面起兩個(gè)作用，平面為擋塊直接接觸面，斜面考慮按鍵常通后歸零時(shí)與擋塊的相互讓位；旋鈕側(cè)邊開(kāi)孔作為按鍵安裝配合孔，中間為定時(shí)器配合軸及彈簧左右限位邊，底部增加小平臺(tái)支撐彈簧，平臺(tái)高度與彈簧安裝高度一致，便于彈簧安裝后水平；按鈕與擋塊有效限位距離為1mm，按鍵行程5mm，行程過(guò)大時(shí)按鍵易脫出旋鈕以及影響按鍵操作手感，增加擋圈（編號(hào)4）作為按鍵行程的限位，行程減小至3mm，安裝固定于旋鈕側(cè)壁缺口處。

4.2 面板組件

面板定時(shí)器孔內(nèi)翻邊，作為與旋鈕按鍵結(jié)構(gòu)配合的擋塊結(jié)構(gòu)，可直接在面板翻邊或者增加小零件形成翻邊。

5 方案加工

5.1 旋鈕組件

彈簧一端先安裝至按鍵內(nèi)側(cè)軸內(nèi)固定，按鍵斜向嵌入安裝到旋鈕通孔處，安裝時(shí)彈簧另一端需放入軸左右限位邊內(nèi)，注意安裝后彈簧需水平使按鍵受力平衡。擋圈裝入旋鈕兩側(cè)壁缺口處，熱熔工裝接觸旋鈕側(cè)壁缺口使其在高溫下融合，以此固定擋圈至旋鈕處不脫落，裝配后如圖6所示。為保證操作壽命，按鍵采用PBT+10%玻纖材料，生產(chǎn)過(guò)程中純?cè)仙a(chǎn)不加水口料，避免脆性加大易破損。

5.2 面板組件

面板的翻邊：方案一：直接通過(guò)面板開(kāi)缺后向上成型翻邊；方案二：翻邊采用小碼仔（如圖7所示）無(wú)痕焊接到面板的方式形成。經(jīng)過(guò)前期手板驗(yàn)證裝配效果及對(duì)比兩種方案的生產(chǎn)工藝，實(shí)際采用方案二執(zhí)行。

5.2.1 后工序處理

面板后工序需要進(jìn)行溫度/時(shí)間刻度等的絲印，方案一需在絲印前翻邊，凸起的翻邊擋塊與絲印網(wǎng)版干涉，刻度的形成需更改為多次移印，加工成本隨之增加，多次移印導(dǎo)致內(nèi)容刻度整體位置精度不易控制。方案二通過(guò)小碼仔的方式，則可以在面板絲印后再進(jìn)行焊接，后工序流程無(wú)變動(dòng)，即成本不變化。

5.2.2 擋塊的承受力

面板材料厚度0.4mm，即與擋板接觸的平面只有0.4mm寬度，相當(dāng)于按鍵與擋塊為面與線接觸，長(zhǎng)久的使用過(guò)程中旋鈕按鍵斜面承受擋塊切邊力，容易變形破損。小碼仔設(shè)計(jì)2mm寬邊（小于按鍵的行程），有效加大按鍵受力面，線與面接觸變?yōu)槊媾c面接觸，提高了按鍵承受力可靠性。前期的手板對(duì)比測(cè)試，采用小碼仔的方式，旋鈕按鍵破壞性測(cè)試中最大承受力比方案一直接翻邊的方式大30%，平均達(dá)到8kg扭力，避免用戶誤操作異常，即未按下按鍵強(qiáng)行擰動(dòng)旋鈕導(dǎo)致按鍵破損斷裂。

圖1 機(jī)械定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 烤箱定時(shí)器操作面

圖4 按壓讓位狀態(tài)

圖5 旋鈕組件

圖6 旋鈕裝配

圖8 小碼仔裝配

確定采用小碼仔的設(shè)計(jì)方案，需要保證限位配合的有效性，小碼仔的焊接位置精度則是第一要素。根據(jù)旋鈕零點(diǎn)位置制作工裝，平面采用耐磨不導(dǎo)電的電木制作，厚度2mm。定位工裝分別有與面板定位軸及小碼仔定位孔。定位工裝軸先與面板孔配合，小碼仔再放入定位工裝內(nèi)，如圖8所示，設(shè)定無(wú)痕焊接機(jī)參數(shù)后，電極下壓自動(dòng)進(jìn)行焊接固定。

圖7 小碼仔結(jié)構(gòu)

5.3 成本分析

定時(shí)器常通二次動(dòng)作方案的設(shè)計(jì)，增加的成本為0.8元左右，分為零件成本及人工裝配成本兩部分：零件成本由按鍵/彈簧/擋圈/小碼仔組成，共0.3元，裝配成本由按鍵安裝和小碼仔焊接兩方面組成，共0.5元。

6 總結(jié)

通過(guò)帶按鍵的旋鈕組件與翻邊面板的配合，定時(shí)器需要增加一動(dòng)作才能到達(dá)常通位置，滿足了UL安規(guī)對(duì)產(chǎn)品的新要求，為產(chǎn)品的出口提供了保障，低成本的設(shè)計(jì)加上簡(jiǎn)易的操作又讓產(chǎn)品在市場(chǎng)上繼續(xù)保持一定的競(jìng)爭(zhēng)力。本文介紹的方案目前已經(jīng)在實(shí)際產(chǎn)品中應(yīng)用，效果良好，具有非常優(yōu)良的使用價(jià)值。