前高壓鍋手把與連接塊之間沒有導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)，僅靠旋緊螺釘產(chǎn)生的力來得到固定，且在傾斜鍋體時僅靠
摩擦力傳遞扭矩，這種結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生松動。在對傳統(tǒng)高壓鍋手把的工作原理及缺點進(jìn)行大量分析研究后，研
制了一種新型高壓鍋不松動手把，通過嚙合力代替摩擦力，以增大扭矩，并對其進(jìn)行綜合性能實驗，實驗結(jié)果
表明，該新型手把是一種不易松動、壽命長、適用性強(qiáng)的高壓鍋手把。1 引言

         高壓鍋是現(xiàn)代家庭的必備炊具之一。由于高壓鍋具有獨特的高溫高壓功能，從而大大縮短了時間，同時節(jié)約了能源。用戶在使用高壓鍋的過程中，通過上手把和下手把的配合使用實現(xiàn)鍋體的旋轉(zhuǎn)開合。在絕大多數(shù)家用高壓鍋中，鍋體與下手把之間均通過如圖

1 所示的連接塊連接。

①連接塊的凸臺平面與手把內(nèi)凹面產(chǎn)生的摩擦力; ②手把與鍋體表面產(chǎn)生的摩擦力，由靜定原理可知，這兩種力只能存在一種。高壓鍋使用一段時間后，手把出現(xiàn)松動，鍋體與手把之間出現(xiàn)間隙，兩者之間的摩擦力也就急劇減小，傳遞傾倒鍋內(nèi)物體所需反扭矩的能力也減小。

2 傳統(tǒng)高壓鍋手把失效原理分析

         在高壓鍋使用過程中，螺釘提供的預(yù)緊力對預(yù)防高壓鍋手把松動起著至關(guān)重要的作用，因而首先分析螺釘在常溫和高溫下工作的區(qū)別。

        常溫下，由于存在預(yù)緊力，螺釘?shù)木o邊始終緊貼連接塊內(nèi)螺紋向外的邊，而松邊與連接塊內(nèi)螺紋向里的邊有間隙; 高溫下，由于螺釘、連接塊、手把的材質(zhì)不同，其熱膨脹系數(shù)也不相同。如果螺釘?shù)臒崤蛎浵禂?shù)大于連接塊的熱膨脹系數(shù)，螺釘?shù)木o邊與連接塊內(nèi)螺紋向外的邊會貼的更緊，同時螺釘?shù)乃蛇吪c連接塊內(nèi)螺紋向里的邊之間的間隙更小，甚至接觸，這種情況下，螺釘在高溫下會擰得更緊; 如果螺釘?shù)臒崤蛎浵禂?shù)小于連接塊的熱膨脹系數(shù)，螺釘?shù)木o邊與連接塊內(nèi)螺紋向外的邊之間的壓力會變小，但松邊與連接塊
內(nèi)螺紋向里的邊之間的接觸壓力會增大，這種情況會使螺釘在高溫下變松。在由高溫到低溫的過程中，無論是螺釘、連接塊，還是手把都不可能回到原始的狀態(tài)，因而，第一種情況下，螺釘?shù)念A(yù)緊力會小于高溫下的預(yù)緊力，第二種情況下，螺釘?shù)念A(yù)緊力會小于原始
常溫下的預(yù)緊力。無論是哪種情況，螺釘在使用過程中都會變松。

        在使用過程中，螺釘正壓力的大小直接影響鍋體自身重量及鍋體傾斜( 將要倒出鍋內(nèi)物體) 時傳遞的扭矩，甚至?xí)率孤葆斖饴菁y與連接塊上的內(nèi)螺紋之間產(chǎn)生松動。如果此時正壓力產(chǎn)生的摩擦力矩大于倒出鍋內(nèi)物體所需的扭矩，則手把處于不松動狀態(tài);如果正壓力產(chǎn)生的摩擦力矩小于倒出鍋內(nèi)物體所需的扭矩，則手把會松動。手把松動后，若沒有用工具及時將螺釘擰緊，就會導(dǎo)致螺紋間長期松動而使螺紋失效。下手把甚至?xí)芈菁y中心旋轉(zhuǎn)，給使用者帶來很大不便。高壓鍋手把結(jié)構(gòu)的缺陷而導(dǎo)致手把松動，使得高壓鍋除了存在內(nèi)壓高的安全隱患外，還存在下手把脫離連接塊、鍋體傾翻燙傷用戶的安全隱患。

綜上所述，傳統(tǒng)高壓鍋手把結(jié)構(gòu)存在以下不足。

( 1) 下手把與連接塊之間僅靠旋緊螺釘產(chǎn)生的力來得到固定。其連接塊上內(nèi)螺紋與螺釘外螺紋由于溫度變化，材料熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生間隙，從而引起松動。

( 2) 下手把與連接塊之間沒有導(dǎo)向定位結(jié)構(gòu)。

( 3) 下手把凹槽與連接塊凸臺之間的配合有間隙，在傾斜鍋體傾倒物體時，僅靠鍋體與手把之間產(chǎn)生的摩擦力來傳遞扭矩是不夠的，手把的旋轉(zhuǎn)又使得螺釘快速松動，這是手把松動的主要原因。

3 手把結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計

        為了克服傳統(tǒng)高壓鍋手把以上不足，同時滿足不同條件下( 民用、醫(yī)用、軍用) 使用的高壓鍋，現(xiàn)在通過改變力的作用原理，在傳統(tǒng)高壓鍋手把結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，以嚙合力來替代摩擦力，從而達(dá)到增大傳遞扭矩的目的。在此設(shè)計的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)實際生活中存在的各種大小的高壓鍋，做出了小、中、大三種型號的新型高壓鍋連接塊的設(shè)計。

3． 1 小型高壓鍋手把結(jié)構(gòu)

        為了適應(yīng)小型高壓鍋手把寬度小的特點，在盡可能小的寬度尺寸中傳遞盡可能大的反扭矩，做出了適用于小型高壓鍋的新型手把設(shè)計。在原有設(shè)計思想不變的基礎(chǔ)上，以傳統(tǒng)連接塊為基礎(chǔ)，將其凸臺向兩側(cè)縱向延長，使得連接塊自身呈現(xiàn)出“十”字形結(jié)構(gòu)，在凸臺伸出部分的四個側(cè)面上對稱地設(shè)計了一定錐度( 15° ～ 20°) 的斜面。此連接塊尺寸較小，可用于普通家庭較小尺寸的高壓鍋。其結(jié)構(gòu)，成品模型。可看出，凸臺兩端伸出部分有錐度，若手把內(nèi)部也設(shè)計為與之對應(yīng)的帶錐度的凹槽，則它就可以很容易地與連接塊對準(zhǔn)。一旦用于安裝則會自動卡緊，使得其力的性質(zhì)不再是摩擦力，而是嚙合力( 類似于齒輪) ，從而增大力矩，達(dá)到防松的目的。

3． 2 中型高壓鍋手把結(jié)構(gòu)

        在原有設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，以傳統(tǒng)連接塊為基礎(chǔ)，將帶有錐度( 15° ～ 20°) 的斜面直接做在傳統(tǒng)連接塊的兩端，手把對應(yīng)兩端做成帶相同錐度的凹槽。其結(jié)構(gòu)，成品模型。由圖4( a) 可以看出，新型手把結(jié)構(gòu)不改變傳統(tǒng)高壓鍋手把的外觀形狀與尺寸，只需設(shè)計與新型連接塊相適應(yīng)的手把內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而在不改變高壓鍋手把原有外觀的條件下，使用該連接塊與手把的配合就可以達(dá)到高壓鍋體與手把不松動的目的。該結(jié)構(gòu)在與手把連接時主要的力為它與手把的嚙合力，同時也有螺釘?shù)念A(yù)緊力。該結(jié)構(gòu)具有簡單、實用、易加工、安裝方便等特點，適用于普通家庭較大尺寸的高壓鍋。

3． 3 大型高壓鍋手把結(jié)構(gòu)

        在傳統(tǒng)連接塊的凸臺上添加一對對稱的凹槽，凹槽以一定的錐度延伸到連接塊的上表面。凹槽有錐度，若手把的內(nèi)部也設(shè)計為與之對應(yīng)的帶錐度的凸叉，則它就可以很容易地與連接塊對準(zhǔn)，用于安裝之后會自動卡緊，使得其力的性質(zhì)不再是摩擦力，而是嚙合力，從而使力矩增大，達(dá)到防松的目的。此連接塊尺寸稍大，適用于醫(yī)用消毒、部隊做飯用的大尺寸高壓鍋。

4 兩種結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析

         通過上面的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以看出，這三種結(jié)構(gòu)采用的原理相同，均在原連接塊的基礎(chǔ)上增加了斜面，改變了手把所傳遞力矩的性質(zhì)，不是原來的摩擦力矩，而是手把和連接塊斜面的嚙合力與螺釘中心的距離產(chǎn)生的力矩來傳遞鍋體傾倒時需要的扭矩。為便于分析，現(xiàn)在選第二種手把結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)手把結(jié)構(gòu)作對比。