主動進氣格柵的研究

郭長青

摘 ? 要：主動進氣格柵是一項節(jié)能減排技術(shù)，此技術(shù)已經(jīng)在歐美中高端車型中大量被采用，目前國內(nèi)各大主機廠爭相采用這項技術(shù)。本文根據(jù)公司主動進氣格柵自主研發(fā)項目，結(jié)合工程開發(fā)經(jīng)驗，對AGS的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行了分析和CAE模擬，并對AGS的控制邏輯進行了說明，其主要研究內(nèi)容如下：AGS的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、CAE模擬分析等。

關(guān)鍵詞：主動進氣格柵 ?模擬分析

中圖分類號：U463.83 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0080-02

隨著AGS產(chǎn)品在市場上日益增多，對產(chǎn)品的布局、結(jié)構(gòu)、裝配方式、安裝方法等都提出了更高的要求，為了滿足不同設(shè)計式樣，對產(chǎn)品的表面處理也提出了更高的要求，為了更精準的優(yōu)化設(shè)計，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，需要借助CAE模擬分析來預測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上存在的設(shè)計缺陷。本篇文章就AGS產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計，CAE模擬分析進行研究和分析。

1 ?AGS產(chǎn)品零部件爆炸圖

如圖1所示。

1.1 外框的設(shè)計

外框零件一般位于散熱器前面，散熱器格柵后面的位置，外框是保證葉片平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)部件。從產(chǎn)品使用環(huán)境考慮，外框的材料要選擇耐高溫，尺寸穩(wěn)定性和剛性都較好的材料，熱變形溫度建議135°以上，通常采用玻纖增強聚丙烯， 聚丙烯通過玻纖增強后，機械性能、耐蠕變性和尺寸穩(wěn)定性得以提高， 具有很好的耐低溫性能和較高的沖擊強度，耐熱性、剛性更佳;從產(chǎn)品剛度結(jié)構(gòu)考慮，為了增加產(chǎn)品的剛性，一般在產(chǎn)品四周增加加強筋，增加圓角等，以便提高產(chǎn)品的剛性;同時產(chǎn)品也要有一定的韌性，避免裝配到整車上，行車過程中因震動造成外框開裂等問題。

1.2 導流罩的設(shè)計

導流罩是安裝在外框前面的一段軟膠零件。其主要目的是：把進氣風量盡量導入到格柵內(nèi)部，有效的控制進風量;同時防止汽車怠速時散熱風扇將排出的熱風又回吸入冷氣散熱器，間接造成散熱不良的情形出現(xiàn)，這是夏天冷氣怠速冷氣不冷的原因之一。導流罩零件采用軟膠的原因，主要考慮減震降噪，吸收部分公差，一般采用TPV材料。導流罩的設(shè)計也要考慮一定的剛性，在軟膠部分設(shè)計一些凹槽，同時材料的硬度也不能太低，建議SHA75以上;其與外框可以采用裝配的方式安裝，也可以采用雙色注塑的方式制作為一體。

1.3 葉片的設(shè)計

葉片是安裝在外框轉(zhuǎn)動的部件，除了需要滿足耐熱性、剛性、尺寸穩(wěn)定和沖擊性外，還要滿足耐磨性的要求。葉片零件一般分驅(qū)動葉片和被動葉片兩種，驅(qū)動葉片是帶動被動葉片轉(zhuǎn)動的主動葉片。一般在葉片背部增加不同形狀的筋條，提高其剛性;為了使葉片運轉(zhuǎn)靈活，葉片的轉(zhuǎn)動軸通常設(shè)計成腰鼓形狀，保證運轉(zhuǎn)靈活的同時，減少摩擦接觸面。

驅(qū)動葉片上通常需要設(shè)計驅(qū)動軸，這個驅(qū)動軸和電機的孔配合。為了保證電機的輸出力矩有效傳遞，應保證葉片輸出軸長度不能太短，一般要求有效配合長度12～15mm。為了避免在傳動中軸受力斷裂，應加考慮的強度設(shè)計。

1.4 基座的設(shè)計

基座是為了安裝、拆卸葉片的方便性而設(shè)計的零件。基座一般安裝在外框的兩端或者中間部位，其與外框的安裝一般采用自攻螺釘固定，或者采用卡接的結(jié)構(gòu)安裝，或者采用自攻螺釘和卡接的方式固定，同時基座結(jié)構(gòu)上也要考慮強度的設(shè)計，如增加筋條。

1.5 連桿的設(shè)計

連桿是驅(qū)動所有葉片運轉(zhuǎn)的部件，因此設(shè)計連桿時，不但要考慮與葉片的配合尺寸要求，而且要保證連桿強度的要求，保證力傳遞的有效性。不同式樣的AGS產(chǎn)品，連桿的形狀會有不同，這要根據(jù)客戶的要求進行設(shè)計。連桿的材料和外框的材料相同，壁厚一般建議3～3.5mm。設(shè)計連桿的時候，應考慮安裝的便利性以及配合的有效性，防止連桿從葉片中脫出，造成葉片無法運轉(zhuǎn)的問題出現(xiàn)。

1.6 電機的設(shè)計

電機是AGS產(chǎn)品總成中特別重要的零件，它是葉片轉(zhuǎn)動的動力零件。目前市場一般采用小功率的步進電機或者直流無刷電機，電機內(nèi)部安裝有單片機芯片，可以根據(jù)客戶的需求對程序進行改寫。電機與外框的安裝位置，可以根據(jù)客戶的需求以及空間的大小，安裝在AGS中間部位或者兩端部位。安裝部位應考慮電機如何驅(qū)動葉片轉(zhuǎn)動的，建議放在在中間位置較好，力的傳遞會更高效。有時為了避開攝像頭或者ACC裝置等，電機會安裝在偏離Y0（車身坐標）的位置。電機安裝方位，還應考慮電機接插件以及線束的排布，方便接插件的安裝。如果有必要，應在外框上設(shè)計安裝線束的固定結(jié)構(gòu)。

1.7 螺釘

螺釘是固定電機或者固定基座使用的，一般采用自攻螺釘ST3.9，ST4.2兩種規(guī)格，安裝扭矩0.8～1.2N·m，有耐腐蝕性要求，具體情況可以根據(jù)客戶要求進行性能的測試。

2 ?CAE模擬分析

為了優(yōu)化AGS數(shù)據(jù)，降低產(chǎn)品開發(fā)風險，我們采用CAE輔助分析的方法來指導設(shè)計。對于AGS產(chǎn)品，CAE分析項目主要如下：剛性分析、熱變形分析、震動分析、模流分析、風壓分析、扭轉(zhuǎn)分析、壁厚優(yōu)化、載荷分析等等。

（1）震動分析，主要模擬產(chǎn)品在車上震動的情況。3g加速度，30HZ頻率震動分析，同時考慮重力加速度1g的影響，車身X、Y、Z方向分別震動100萬次。

（2）熱變形分析，分析從室溫（23℃）分別到120℃和-40℃的變形受力情況，單元類型采用二階單元C3D10MT，產(chǎn)品變形主要集中在產(chǎn)品長度方向上，設(shè)計時應該葉片與外框兩零件的間隙，防止因為溫度變化引起的變形，造成葉片無法轉(zhuǎn)動或者脫落問題出現(xiàn)，見圖2。

（3）扭轉(zhuǎn)分析，模擬葉片的開閉循環(huán)疲勞，在每一速度工況下，葉片采用交替變換的動壓力進行，應考慮多種速度工況疊加的影響，各種速度工況產(chǎn)生的應力疊加上去。葉片在40MPa以下，不會產(chǎn)生塑性應變，沒有產(chǎn)品破壞，見圖3。

3 ?結(jié)語

（1）根據(jù)不同零部件的環(huán)境條件和使用要求，結(jié)合產(chǎn)品性能需求，應有根據(jù)零件的不同特點針對性的進行設(shè)計，設(shè)計時應考慮產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、加工制造、剛性要求。對于有配合尺寸、間隙、面差要求的部位，重點進行管控。

（2）通過對上述結(jié)構(gòu)進行研究，目前可以獨立的進行同步設(shè)計，能夠承接AGS的開發(fā)制造，彌補了公司此類產(chǎn)品的空白，提升了公司在此行業(yè)內(nèi)的競爭力。

（3）AGS產(chǎn)品目前國內(nèi)市場前景廣大，OEM廠由之前的觀望狀態(tài)，迫于國家節(jié)能減排的要求，轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅ν茝V。我們應不斷提高創(chuàng)新意識，不斷探索，設(shè)計出性能更好的產(chǎn)品，來滿足市場的需求，使公司在此行業(yè)內(nèi)占有一席之地。

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