遲秀穎 楊鐵 王子龍

（華晨汽車工程研究院）

DMU（電子樣機）是對產(chǎn)品的真實化計算機模擬，滿足各種各樣的功能，提供用于工程設(shè)計、加工制造及產(chǎn)品拆裝維護(hù)的模擬環(huán)境；是支持產(chǎn)品和流程、信息傳遞及決策制定的平臺；覆蓋產(chǎn)品從概念設(shè)計到維護(hù)服務(wù)的整個生命周期。DMU技術(shù)使在工程決策和過程決策的協(xié)同工作時，能夠?qū)?fù)雜的模型進(jìn)行內(nèi)部觀察、漫游、檢查及模擬[1]。汽車空調(diào)出風(fēng)口作為汽車空調(diào)系統(tǒng)的終端，對氣流組織起著至關(guān)重要的作用，它通過葉片的調(diào)節(jié)進(jìn)行風(fēng)向的控制，是汽車內(nèi)飾部分中相對復(fù)雜的運動機構(gòu)。因此，出風(fēng)口的設(shè)計不僅僅是簡單的靜態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計，還需進(jìn)行動態(tài)模擬。文章結(jié)合DMU對運動空間間隙及工作條件進(jìn)行了分析，在滿足運動間隙和運動件工作極限的設(shè)計要求下進(jìn)行出風(fēng)口結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 出風(fēng)口結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)建立

文章設(shè)計的某乘用車中央出風(fēng)口結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

圖1 某乘用車空調(diào)出風(fēng)口主要部件示意圖

通常在CATIA Part Design和Generative Shape Design 2個模塊進(jìn)行出風(fēng)口結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的建立。在結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)制作之前，就要準(zhǔn)確分析出風(fēng)口各運動機構(gòu)，定義關(guān)鍵的點線面，并對此進(jìn)行保留。最好將出風(fēng)口的各個部件保存為不同的Part文件，為后續(xù)的運動校核提供方便。

2 出風(fēng)口運動機構(gòu)的建立

出風(fēng)口的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是在水平葉片和垂直葉片都處于設(shè)計位置時進(jìn)行制作的。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)初步建立后，要對出風(fēng)口進(jìn)行運動機構(gòu)的校核，以驗證運動的可行性和運動間隙的合理性。首先，將出風(fēng)口的所有部件導(dǎo)入CATIA Product中，如圖2所示；然后，對出風(fēng)口進(jìn)行運動機構(gòu)建立并進(jìn)行運動模擬校核。

圖2 空調(diào)出風(fēng)口數(shù)據(jù)模型顯示界面

2.1 運動副的建立

本設(shè)計中，風(fēng)向的上下調(diào)節(jié)是通過水平葉片的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)。出風(fēng)口水平葉片、水平葉片連桿及殼體構(gòu)成四連桿機構(gòu)，通過撥動撥鈕帶動水平葉片旋轉(zhuǎn)，如圖3所示。風(fēng)向的左右調(diào)節(jié)是通過垂直葉片的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)。垂直葉片、垂直葉片連桿及殼體構(gòu)成四連桿機構(gòu)，如圖4所示；撥鈕在水平葉片2上滑動，與垂直葉片3形成點面接觸帶動垂直葉片旋轉(zhuǎn)。

圖3 空調(diào)出風(fēng)口風(fēng)向上下調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖

圖4 空調(diào)出風(fēng)口風(fēng)向左右調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖

出風(fēng)口運動機構(gòu)的運動副構(gòu)成，如表1所示。

表1 某乘用車空調(diào)出風(fēng)口調(diào)節(jié)機構(gòu)運動副構(gòu)成表

在DMUKinematics模塊中建立出風(fēng)口運動機構(gòu)的運動副，其顯示界面，如圖5所示。

圖5 空調(diào)出風(fēng)口運動機構(gòu)運動副建立的顯示界面

2.2 添加驅(qū)動條件

對水平葉片和垂直葉片分別添加角度驅(qū)動。根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)對出風(fēng)口吹風(fēng)范圍的要求，本設(shè)計水平葉片需要在設(shè)計位置向上調(diào)整25°，向下調(diào)整30°；垂直葉片需要在設(shè)計位置向左右調(diào)整各35°。因此，需要對水平葉片和垂直葉片添加角度驅(qū)動，然后對出風(fēng)口殼體進(jìn)行固定[2]。這時，系統(tǒng)將提示整個運動機構(gòu)就可以進(jìn)行模擬了，如圖6所示。

圖6 空調(diào)出風(fēng)口運動機構(gòu)模擬顯示界面

3 運動模擬及校核

在系統(tǒng)提示可進(jìn)行模擬之后，對整個運動機構(gòu)進(jìn)行模擬。點擊“驅(qū)動仿真”命令對出風(fēng)口各個角度進(jìn)行運動仿真。

圖7示出出風(fēng)口運動的4個極限位置顯示界面，整個出風(fēng)口可以按照設(shè)計要求驅(qū)動。作為運動機構(gòu)，除了要求可以正常運行外，還要保證與周邊件的最小運動間隙，保證在行車過程中不發(fā)生摩擦，產(chǎn)生異響。因此，需要分析葉片在旋轉(zhuǎn)過程中與殼體的最小間隙。驅(qū)動運動機構(gòu)，分別對水平葉片與殼體的最小間隙，垂直葉片與殼體的最小間隙進(jìn)行實時監(jiān)測。

圖7 空調(diào)出風(fēng)口4個運動模擬顯示界面

為了得到更直觀的結(jié)果，最好把有設(shè)計接觸或固定間隙值的部位先刪除。以水平葉片3與殼體的運動間隙為例，水平葉片轉(zhuǎn)軸與殼體配合間隙的設(shè)計值為0。需要對殼體的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理，去掉與葉片轉(zhuǎn)軸接觸的部位，數(shù)據(jù)處理后再進(jìn)行運動模擬分析。

將水平葉片按照設(shè)計要求向上旋轉(zhuǎn)25°進(jìn)行校核，校核結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

圖8 空調(diào)出風(fēng)口水平葉片3與殼體最小運動間隙示意圖

當(dāng)出風(fēng)口水平葉片向上旋轉(zhuǎn)25°時，即上極限，水平葉片3與殼體的間隙約為0.2 mm，如圖8所示位置。水平葉片3與殼體的運動間隙曲線，如圖9所示。

圖9 水平葉片3與殼體運動間隙曲線顯示界面

考慮出風(fēng)口制造機裝配公差以及整車的NVH要求，需要將此間隙調(diào)整到最?。? mm），以保證出風(fēng)口的正常運轉(zhuǎn)以及避免摩擦異響。根據(jù)運動分析結(jié)果優(yōu)化數(shù)據(jù)，直到間隙值滿足設(shè)計要求。同樣，根據(jù)其方法進(jìn)行其他葉片與殼體的間隙值模擬分析。

垂直葉片的運動極限位置的定位也可以通過加載運動進(jìn)行定義。垂直葉片的運動是由撥鈕在水平葉片2上滑動，通過撥叉帶動垂直葉片轉(zhuǎn)動。如圖10所示，水平葉片2上沒有限制撥鈕運動結(jié)構(gòu)，撥鈕可以一直沿著水平葉片2滑動，直到垂直葉片與殼體干涉時停止。實際上，垂直葉片的運動角度是-35～35°，那么，需要在水平葉片2上設(shè)計一個定位結(jié)構(gòu)，限制撥鈕的運動。首先，對垂直葉片進(jìn)行模擬驅(qū)動，如圖11所示。當(dāng)垂直葉片調(diào)整至向左的極限位置，撥鈕也運動到極限位置，那么可以提取撥鈕該位置的面作為參考定位面，在水平葉片3上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。用同樣方法獲取向右運動位置的定位面。完整的定位結(jié)構(gòu)示意圖，如圖12所示。此方法可以準(zhǔn)確的定位垂直葉片的運動極限，提高設(shè)計的精準(zhǔn)性。

圖10 空調(diào)出風(fēng)口水平葉片2與撥鈕定位結(jié)構(gòu)示意圖

圖11 空調(diào)出風(fēng)口垂直葉片向左運動極限位置示意圖

圖12 空調(diào)出風(fēng)口垂直葉片運動定位結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論

文章結(jié)合CATIA DMU模塊對某汽車的空調(diào)出風(fēng)口進(jìn)行了輔助設(shè)計。通過應(yīng)用CATIADMU模塊檢查了汽車空調(diào)出風(fēng)口運行過程中零部件之間的動態(tài)間隙變化，判斷最小間距不滿足設(shè)計要求后，更改設(shè)計，以滿足設(shè)計要求；此外，還可以結(jié)合CATIA DMU方便準(zhǔn)確地找出設(shè)計起止位置，輔助設(shè)計了葉片運動的定位結(jié)構(gòu)，方便準(zhǔn)確。

在DMU進(jìn)行運動的校核過程中，一定要進(jìn)行仔細(xì)的運動分析，否則容易出錯。設(shè)計過程中必要的點線面要進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ａ?，為運動校核提供方便。DMU的運用可用于整個設(shè)計過程，根據(jù)個人設(shè)計經(jīng)驗及習(xí)慣可以隨時應(yīng)用。