图6 下壳离合系统转轴强度仿真
2.3 联动轮优化设计
联动轮是本设计的核心，其主体为不完全齿轮，通过凸轮轮廓线和连杆驱动槽的设计，实现了推杆顶门和旋转开门机构的高度集成，结构如图7所示。联动的齿轮部与离合下齿轮啮合，接收动力，产生正转或反转；凸轮部与顶门推杆和悬停推杆配合，可实现推杆顶门，并在门体打开后设定角度悬停的功能。后连杆安装在连杆驱动槽内，可以在连杆驱动槽的2条边（靠近齿轮侧的边和靠近凸轮侧的边）之间相对联动轮转动。
图7 联动轮三维结构
假设初始门体（此处以左门为例）处于关闭状态时，联动轮及其周围零件的状态如图8 a) 所示，后连杆在拉簧的作用下与驱动槽靠近凸轮侧的边接触，推门顶杆在压簧作用下位于凸轮轮廓线的凹槽内，悬停杆位于凸轮轮廓线的圆弧处。触发自动开门后，联动轮逆时针转动，推门顶杆在凸轮轮廓线作用下开始向前顶出，克服门封吸力和自锁结构，将门体推开一个小角度，同时后连杆与驱动槽靠近凸轮侧的边分离，拉簧拉伸，直至后连杆与驱动槽靠近齿轮侧的边接触，如图8 b) 所示。联动轮继续转动，推动后连杆直至门体打开设定的角度，悬停杆在压簧作用下进入凸轮轮廓线的凹槽内，同时后连杆在拉簧的作用下逐渐与驱动槽靠近凸轮侧的边接触，如图8 c) 所示。因为悬停杆卡在联动轮凸轮部的凹槽内，联动轮需要一定的启动力矩才会转动，因而可以避免门体因地面不平等因素产生不必要的摆动，达到悬停效果。触发自动关门后，联动轮顺时针转动，悬停顶杆缩回，驱动槽靠近凸轮侧的边推动后连杆直至门体完全闭合，推门顶杆在压簧作用下回到凸轮轮廓线的凹槽内，如图8 d) 所示。
图8 联动轮工作状态
2.4 转门系统优化设计
转门系统采用的是连杆结构，主要包括后连杆、前连杆、门体连接钣金、短铆钉、长铆钉、轴套，如图9所示。前连杆为了避免在运动过程中与门体上铰链干涉，整体呈弧形。前连杆一端通过短铆钉与后连杆转动连接，另一端通过轴套、长铆钉与门体连接钣金连接。前连杆与轴套过盈装配，以减小连杆的晃动。轴套与长铆钉间隙配合，可以相对转动，轴套也可以在一定范围内上下滑动，以适应门体可能出现的上下窜动。冰箱门体高低不齐已成为困扰行业几十年的难题[28]，而且运输流通过程中也可能会出现门体下沉[29]，若开关门机构不能适应冰箱门体高度的变化，则会出现运动卡涩或异响。对开门冰箱因其特殊的闭锁结构[30]，门体在转动的同时会产生少量的上下位移。转门系统通过轴套及长铆钉间的圆柱副设计，提升了开关门机构的适应性。
图9 转门系统
以某品牌多款冰箱实际开门力数据为基础进行计算，发现提供的力矩需≥32 N·m，才能确保克服门体闭锁结构、负压和门封吸力，顺利开启。门体开启状态下，提供的扭矩需≥11 N·m，才能确保冰箱门体顺利闭合。按1.4倍余量设计，转门系统的扭矩按16 N·m设计，顶门系统的转矩按45 N·m设计。设计案例中，顶门点的力臂为160 mm，连接点的力臂为70 mm，因而顶门点出提供的推力需≥280 N，连接点处提供的推（拉）力需≥228 N。前连杆整体呈细长状，受力容易出现屈曲[31]，在前连杆两端施加300 N的力进行屈曲仿真分析，结果如图10所示。铝合金材质的前连杆厚度6 mm，宽22 mm，仍出现明显的屈曲现象；冷轧钢材质的前连杆厚度4 mm，宽度12 mm，未出现屈曲现象，且安全系数≥3。根据仿真分析结果，前连杆材质选择冷轧钢（DD11），厚度4 mm，宽度12 mm，尺寸相比减小，外观得到优化，强度大幅提高。
