家用洗碗机滑动门铰链应用现状与技术分析

朱文彬，张军杰，赵建勋

佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司，广东佛山，528311

0 引言

近年来，家用电动洗碗机国内市场逐渐兴起，从普及率上来看还有很大的发展空间。在国际市场上，虽然洗碗机市场已经相当成熟，洗碗机在欧美国家家庭普及率达到60%～90%[1]，但国内洗碗机出口企业仍有向高端产品发展的巨大潜力。不论在国际市场还是国内市场，嵌入式柜式洗碗机由于具有餐具容量大、能够充分利用厨房空间的优点，受到全世界消费者的欢迎，占据了洗碗机整体销售的较大份额[2-3]。全嵌入式洗碗机是洗碗机整体完全隐藏在橱柜中的一种形态，使用时需要在其门体上安装一块橱柜门板，使洗碗机完全隐藏在橱柜中，获得整体性、一致性强的厨房视觉效果。在洗碗机结构中，门铰链是支撑洗碗机门体、使门体能够正常旋转开关的关键结构。而滑动门铰链是其中较为特殊的一种，能够在用户打开洗碗机门时，使橱柜门板自动产生相对滑动，从而避开橱柜上的某些干涉结构，与橱柜更好地匹配，是高端嵌入式洗碗机的关键技术之一。目前，全球洗碗机行业中各主要生产商都推出了带滑动门铰链配置的机型，结构类型各异，各有特点。本文通过文献收集和市场调研，对行业中滑动门铰链进行结构分析，对滑动门铰链的设计方向进行展望。

1 洗碗机滑动门铰链的基本功能

作为下开门电器，普通的全嵌式洗碗机需要在门板和橱柜地脚线之间预留一定的间隙，为门体旋转提供空间。随着消费者对橱柜外观要求的不断提高，逐渐出现了缩小橱柜缝隙、形成无缝外观的要求，这是普通固定转轴的铰链所无法克服的困难，如图1（a）所示。另外，市场上也逐渐出现了安装长门板（比如长度达到800mm的门板）的无踢脚线的橱柜需求，而普通铰链的洗碗机通常对门板的长度有较大的限制，因为在开门旋转过程中，过长的门板会与洗碗机本身的底盘产生干涉，无法开门。洗碗机滑动门铰链就是为了解决这两个问题而诞生的。该铰链的主要功能是在洗碗机开门时使门板与洗碗机门之间产生相对滑动，远离干涉位置，从而避免与地脚线或洗碗机底盘干涉，如图1（b）所示。

图1 嵌入式洗碗机与橱柜的结构关系

2 产品应用现状与机械结构分析

基于市场调研和产品研究，本文对市场上各种滑动门机构进行三维建模分析。意大利铰链制造商C公司是欧洲家电铰链系统的主要制造商之一，其生产的滑动门铰链应用在多个洗碗机制造商的产品上。

2.1 齿轮齿条式

齿轮齿条式设计以意大利C公司的产品为代表[4]。如图2所示，该铰链结构由铰链支撑、铰链本体、齿轮连杆和齿条构成，其中铰链支撑上有一转轴作为铰链的转轴，在开关门时，铰链本体绕该轴旋转。齿轮连杆与铰链臂可旋转连接，并且其另一端运动轨迹受到其他结构的约束，进行竖直方向的直线运动。齿条可在铰链本体中沿铰链本体滑动，与橱柜门板相固定，铰链本体则与洗碗机门体相固定。用户开门时，齿轮连杆驱动滑块滑动，使橱柜门板产生相对滑动。开门角度和相对位移的关系如图3所示。从该结构的滑动曲线可以看到，其滑动行程与开门角度之间基本上呈线性关系。

图2 齿轮齿条式滑动门铰链运动原理

图3 齿轮齿条式滑动门铰链滑动距离-开门角度关系

实际使用中，受到制造误差影响，齿轮齿条之间的啮合可能产生不够平顺的现象。齿轮连杆在开门过程中的旋转角度有限，因此单级齿轮齿条产生的滑动行程往往较为有限。要获得更大行程，通常需要采用二级齿轮齿条的形式，如C公司的专利就使用了该二级齿轮齿条结构[4]，整体机构较为复杂，常常也会使制造成本较高。

2.2 多连杆式

E公司在产品上应用多连杆式的滑动门铰链[5]，其结构和运动过程示意如图4所示。

图4 E 公司多连杆滑动门铰链运动示意图

连杆C与铰链支撑可转动连接，可绕转轴A转动。转轴B中间与铰链本体通过转轴B可转动连接，其两端分别与连杆A和连杆C通过转轴转动连接。转轴C又与滑块可转动连接，滑块则可沿着铰链本体滑动，橱柜门板可以通过支架固定在滑块上，图中省略。开门时，铰链本体绕门体转轴转动，通过转轴B作用驱动整个连杆机构运动，使滑块滑动。该机构产生的滑块位移如图4所示。在开门90°时，滑动距离达到60.7mm，其滑动距离-开门角度的关系见图5。

图5 E 公司多连杆滑动门铰链滑动距离-开门角度关系

B公司在产品上应用一种结构简单的多连杆结构[6]。如图6所示，连杆A绕与门体转轴不同的点B旋转，在门体旋转时与连杆A与铰链本体之间的转动轨迹存在差异。该差异由可绕铰链本体上另一点C转动的连杆B放大，推动在铰链本体上滑动的滑块滑动，使与滑块相连的橱柜门板（图中省略）滑动。在开门90°时，滑块滑动距离为32mm，运动关系如图7所示。

图6 B 公司多连杆滑动门铰链运动示意图

图7 B 公司多连杆滑动门铰链滑动距离-开门角度关系

从上面两款多连杆式结构滑动门铰链可以看到，这类机构的优势在于结构非常紧凑，运动过程占用的空间较少，可以避免过多占用有限的洗碗机侧壁空间，从而提高滑动门铰链与洗碗机其他技术配置（如热风组件等空间占用较大的组件）的兼容性。多连杆式滑动门铰链整个机构各组件的连接均采用简单可靠的金属销钉铆接，有利于控制组件成本。

2.3 导杆式

意大利S公司生产的滑动门嵌入式洗碗机采用连杆导杆式的机械结构。如图8所示，铰链支撑上有连杆转轴和门体转轴，连杆和铰链分体分别绕两转轴转动。连杆上有导槽，固定于铰链本体上的销钉可在连杆上的导槽中滑动。开门时，铰链本体上的销钉通过导槽限制连杆的转动，与之相连的橱柜门板与洗碗机门之间产生相对滑动。其滑动距离-开门角度关系见图9。

图8 S 公司导杆滑动门铰链运动示意图

图9 S 公司导杆滑动门铰链滑动距离-开门角度关系

由于连杆的整体绕连杆转轴转动，连杆与橱柜门板的连接点只能做半径固定的圆周运动，其运动轨迹不可能与铰链本体相同，因此，此结构无法实现橱柜门板与洗碗机门体的完全平行滑动。橱柜门板上端与洗碗机门之间通过固定滑槽连接，随着开门角度增大，门板与洗碗机门之间产生逐渐增大后又减小的间隙。此间隙宽度足以容纳幼儿的手指，可能会引起一些使用安全上的问题。

W公司的应用导杆式的滑动门铰链则避免了这一问题[7]，橱柜门板可与洗碗机门之间完全平行滑动。如图10所示，铰链支撑上设有导槽，导杆一端受其约束只能在导槽内滑动，另一端直接与滑块转动连接，滑块可在铰链本体上平行滑动。导杆通过转轴A与连杆一端转动连接，连杆另一端则通过门体转轴与铰链支撑相连。其滑动距离-开门角度的关系见图11。

图10 W 公司导杆滑动门铰链运动示意图

图11 W 公司导杆滑动门铰链滑动距离-开门角度关系

3 滑动门铰链设计影响因素讨论

3.1 橱柜干涉结构的影响

全嵌入式洗碗机安装在橱柜内，其顶部是橱柜的台面板。如图1（a）所示，台面板通常会突出橱柜门板一段距离。滑动门铰链在设计时必须考虑这一段距离，在开门角度较小时候应限制滑动速度，避免门板滑动过快。另外，在设计安装图纸时需要在门板顶部和台面板之间预留一定的间隙，否则门板将在开门时向上与台面板干涉刮擦，阻碍开门，强行开门将损坏铰链。另外，又必须考虑装饰型地脚线的影响。前文提到，橱柜市场上以“无缝”外观作为高端产品的卖点，其装饰型地脚线与橱柜门板之间的间隙，通常只有2～3mm。因此，为了避免与踢脚线干涉，滑动门铰链在开门阶段又必须具有一定的滑动速率，以防止门板因转动而与踢脚线干涉。上述两个因素限制了滑动门铰链在开门阶段的滑动速率。最为理想的情况是在开门5°内，橱柜门板上下端点的运动轨迹基本呈直线，既不会与台面板干涉，也不会与踢脚线干涉。

3.2 洗碗机底盘结构的影响

前文已提到，滑动门铰链的意义之一正是在于避免过长的橱柜门板与洗碗机底盘干涉，因此洗碗机底盘是影响滑动门铰链行程的主要因素。嵌入式洗碗机的底盘通常较门体后缩一段距离，但受到水流系统等结构影响，底盘空间受限，设计上难以做到以固定门铰链容纳800mm长的门板，因此滑动门铰链在需要匹配长门板时是不可替代的。底盘后缩的距离越大，则滑动门铰链所需的行程就越短。目前市场上行程较长的是W公司的导杆式滑动门铰链，行程达到83mm。

底盘结构除了影响行程外，还可能会影响铰链滑动速率的设计，以至于影响整个机构方案的设计。例如，某些厂商的洗碗机底盘具有如图1（b）所示的突出结构。在这种结构中，实际上限制行程的是此突出结构，只要开门后门板下端越过此突出结构，之后可以少滑动甚至不滑动。如果采用完全线性的机械结构，如前文中提到的齿轮齿条结构，由于受限于这一处于中间位置的突出结构，不得不加长整个开门过程的滑动行程，造成行程的浪费，因为越过突出点后的滑动是没有意义的。这种情况下，导杆式的结构可能是更优的选择，因为设计者可以较为方便地通过设计导槽的轨迹来改变开门过程的滑动速率，例如美的公司所申请的滑动门铰链结构就通过设计导槽轨迹达到控制滑动速率的目的[8]。

3.3 其他因素的影响

其他因素还包括橱柜门板的重量和自动开门功能等。下开门式洗碗机通常要求门体在开门任意角度保持自主悬停，但门体自平衡主要依靠其他机械结构，与滑动门铰链的机构运动相对独立，因此不是本文关注的重点，在前文建模的图形中均已省略。需要提到的是，因为滑动门机构较为复杂，内摩擦力较大，因此，在相同的平衡结构下滑动门匹配的门板重量范围往往更宽。由于市场上橱柜门板的种类繁多，有超轻的木边框门板，也有超重的含石板的门板，已经出现了匹配3～12kg这样宽重量范围门板的需求，这对平衡结构和铰链设计提出了挑战。

自动开门功能在洗碗机干燥阶段将门自动打开，能提高餐具干燥效果，在全球市场上非常常见[9]。由于滑动门洗碗机在开门时伴随门板的运动，开门阻力较大，因此在滑动门铰链上搭配自动开门功能常常需要搭配弹簧辅助开门结构，给门体一定的开门预应力，在门锁释放后辅助开门，或直接采用长行程的开门顶出机构，避免无法自动开门的故障。

4 结论

滑动门铰链可以通过多种机械结构实现，但不同的结构之间由于工艺差异很大，也可能产生很大的成本和匹配性差异。橱柜结构、洗碗机底盘结构等因素都会显著影响滑动门铰链的设计。本文认为，使用较为简单的导杆和连杆结构有利于生产商简化制造工艺，控制成本，也有利于实现开门平顺的用户体验。多连杆滑动门铰链结构简单，易于制造，成本低廉，同时空间占用较小，容易实现与洗碗机其他技术配置相互兼容，是较为理想的一种滑动门铰链结构。