汽車空調(diào)箱風(fēng)門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究

趙彤

濟(jì)寧市技師學(xué)院 山東濟(jì)寧 272000

隨著汽車研發(fā)技術(shù)和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)汽車空調(diào)的舒適性要求也越來(lái)越高，汽車自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)逐步普及。汽車自動(dòng)空調(diào)調(diào)節(jié)器（簡(jiǎn)稱HVAC）風(fēng)門運(yùn)轉(zhuǎn)與手動(dòng)空調(diào)不同的是，一個(gè)是用拉絲（有硬拉絲和軟拉絲之分）控制，一個(gè)是執(zhí)行器控制（俗稱風(fēng)門執(zhí)行器）。

1 汽車空調(diào)溫度混合風(fēng)門控制機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)介

汽車工業(yè)在我國(guó)面臨高速穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期，汽車技術(shù)的更新圍繞安全、舒適和節(jié)能環(huán)保發(fā)展[1]。汽車空調(diào)系統(tǒng)作為影響汽車舒適性的主要總成之一，為汽車提供制冷、取暖、除霜、除霧、空氣過(guò)濾和濕度控制等功能，已成為汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要手段之一。對(duì)于一款汽車空調(diào)來(lái)說(shuō)，其最重要評(píng)價(jià)指標(biāo)是溫度指標(biāo)，一般車廂內(nèi)的溫度控制在15℃至25℃之問(wèn)，能否獲得合適的車內(nèi)溫度是人們對(duì)于汽車空調(diào)最直觀的評(píng)價(jià)。同時(shí)駕駛者對(duì)車內(nèi)溫度控制的有效性、便捷性、準(zhǔn)確性也是評(píng)價(jià)這款空調(diào)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，所以各空調(diào)廠商對(duì)于汽車空調(diào)的溫度控制技術(shù)的研究都非常的重視。

2 風(fēng)門機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真

汽車空調(diào)的模式通常分為五個(gè)模式，即面部模式、面部/足部模式、足部模式、足部/除霜模式、除霜模式。根據(jù)車況和天氣情況，司機(jī)或者乘客可以選擇比較舒適的模式。以上的五種模式是由風(fēng)門的開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)出風(fēng)模式[2]。根據(jù)以上的模式，風(fēng)門的開(kāi)關(guān)如表1。本文利用CATIA軟件中的DMUKinematics模塊運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)風(fēng)門驅(qū)動(dòng)件凸輪。再利用零件的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)凸輪軌跡槽。首先利用CATIA軟件按照零部件的位置進(jìn)行實(shí)體建模，做出風(fēng)門和殼體的位置以及風(fēng)門的轉(zhuǎn)動(dòng)軸位置。根據(jù)風(fēng)門位置，初步分析，三個(gè)風(fēng)門位置距離比較遠(yuǎn)，直接用凸輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)門曲柄帶動(dòng)風(fēng)門旋轉(zhuǎn)，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致凸輪的直徑較大，導(dǎo)致凸輪的力矩較大，凸輪偏擺也會(huì)嚴(yán)重，所以需要增加搖桿機(jī)構(gòu)，使凸輪的直徑變小。根據(jù)風(fēng)門的旋轉(zhuǎn)角度，初步設(shè)計(jì)出搖桿機(jī)構(gòu)。搖桿全部在同一個(gè)上殼體上，這樣可以提高機(jī)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性和精度，也可以縮小凸輪直徑。根據(jù)以上零部件的位置，確定出凸輪的旋轉(zhuǎn)軸位置，根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息，定義出所有的運(yùn)動(dòng)副，其中包括轉(zhuǎn)動(dòng)副，點(diǎn)在線上滑動(dòng)副。因?yàn)橐O(shè)計(jì)凸輪槽，所以把每個(gè)風(fēng)門和凸輪作為主動(dòng)件，轉(zhuǎn)動(dòng)角度使用規(guī)律曲線來(lái)驅(qū)動(dòng)，即CATIA的Law功能，根據(jù)規(guī)律曲線在一個(gè)凸輪角度總行程，風(fēng)門根據(jù)模式都有著規(guī)律的角度行程。在本文的機(jī)構(gòu)虛擬仿真中，求出了搖桿上的銷軸在凸輪上的軌跡，這個(gè)軌跡就是凸輪槽的位置。通過(guò)此運(yùn)動(dòng)軌跡，我們可以分析不同位置的壓力角，根據(jù)壓力角進(jìn)行軌跡的優(yōu)化。進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化的凸輪軌跡設(shè)計(jì)。通過(guò)本文提出的方法設(shè)計(jì)凸輪，可以節(jié)省大量的時(shí)間，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。且可以直觀的看出各風(fēng)門的開(kāi)關(guān)情況，海綿的壓縮等狀態(tài)。曲柄銷在凸輪槽內(nèi)的滑動(dòng)的間隙配合對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)噪音都有很大影響。在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中大部分的零部件都是塑料件，塑料件制作比較方便，成本比較低。但是零部件的變形和尺寸穩(wěn)定性相對(duì)較差，所以，在尺寸配合的設(shè)計(jì)上要充分考慮塑料件的材料特性。在所有零件中，對(duì)噪音比較敏感的是曲柄銷在凸輪槽內(nèi)的滑動(dòng)的配合間隙，間隙過(guò)小，滑動(dòng)的過(guò)程中會(huì)有異音或者噪音[3]。間隙過(guò)大機(jī)構(gòu)就會(huì)不穩(wěn)定，所以配合間隙要比較適當(dāng)。曲柄銷的直徑比較小，尺寸比較好控制，所以尺寸公差要小一些。凸輪的軌跡比較復(fù)雜，制作相對(duì)復(fù)雜一些，所以尺寸公差要相對(duì)大一些。這樣對(duì)生產(chǎn)成本也是比較有利的。產(chǎn)生噪音的另一個(gè)關(guān)鍵是零件的材料，同種材料在相互產(chǎn)生摩擦的過(guò)程中易產(chǎn)生噪音，所以材料的選擇也是很重要的。

表1 汽車空調(diào)的模式

3 結(jié)語(yǔ)

本文使用CATIA的Kinematics虛擬仿真模塊逆向設(shè)計(jì)凸輪軌跡，即使用CATIA的law特性通過(guò)風(fēng)門旋轉(zhuǎn)角度的角位移關(guān)系驅(qū)動(dòng)風(fēng)門和凸輪，生成曲柄銷軸在凸輪上的運(yùn)動(dòng)軌跡的方法來(lái)設(shè)計(jì)凸輪。對(duì)其軌跡進(jìn)行壓力角分析與調(diào)整，使之減小壓力角，進(jìn)而減小機(jī)構(gòu)的扭矩。本文得到如下結(jié)論：（1）本文提出的方法提高了設(shè)計(jì)效率，極大地縮短了開(kāi)發(fā)周期和成本，有效地保證了空調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性。（2）風(fēng)門的關(guān)緊狀態(tài)與凸輪的軌跡設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，設(shè)計(jì)凸輪的過(guò)程中需要充分考慮海綿的壓縮量，風(fēng)門的剛性，曲柄銷在凸輪槽中的工作接觸點(diǎn)以及在各個(gè)模式狀態(tài)下的風(fēng)門鎖緊行程，保證凸輪的往復(fù)過(guò)程中風(fēng)門的正確位置。（3）曲柄銷在凸輪槽內(nèi)的滑動(dòng)的間隙配合對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)噪音都有很大影響。曲柄銷的直徑比較小，尺寸比較好控制，所以尺寸公差要小一些。凸輪的軌跡比較復(fù)雜，制作相對(duì)復(fù)雜一些，所以尺寸公差要相對(duì)大一些。這樣對(duì)生產(chǎn)成本也是比較有利的。（4）凸輪壓力角會(huì)直接影響機(jī)構(gòu)的操作力。設(shè)計(jì)過(guò)程中在各個(gè)模式轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，對(duì)壓力角要進(jìn)行分析，保證壓力角的理想狀態(tài)。