趙彤

濟寧市技師學院 山東濟寧 272000

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

1 汽車空調(diào)溫度混合風門控制機構(gòu)的簡介

汽車工業(yè)在我國面臨高速穩(wěn)定發(fā)展時期，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、空氣過濾和濕度控制等功能，已成為汽車市場競爭的主要手段之一。對于一款汽車空調(diào)來說，其最重要評價指標是溫度指標，一般車廂內(nèi)的溫度控制在15℃至25℃之問，能否獲得合適的車內(nèi)溫度是人們對于汽車空調(diào)最直觀的評價。同時駕駛者對車內(nèi)溫度控制的有效性、便捷性、準確性也是評價這款空調(diào)優(yōu)劣的重要指標，所以各空調(diào)廠商對于汽車空調(diào)的溫度控制技術(shù)的研究都非常的重視。

2 風門機構(gòu)的設(shè)計和運動仿真

汽車空調(diào)的模式通常分為五個模式，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門的開關(guān)來調(diào)節(jié)出風模式[2]。根據(jù)以上的模式，風門的開關(guān)如表1。本文利用CATIA軟件中的DMUKinematics模塊運動仿真設(shè)計風門驅(qū)動件凸輪。再利用零件的運動軌跡設(shè)計凸輪軌跡槽。首先利用CATIA軟件按照零部件的位置進行實體建模，做出風門和殼體的位置以及風門的轉(zhuǎn)動軸位置。根據(jù)風門位置，初步分析，三個風門位置距離比較遠，直接用凸輪驅(qū)動風門曲柄帶動風門旋轉(zhuǎn)，勢必會導致凸輪的直徑較大，導致凸輪的力矩較大，凸輪偏擺也會嚴重，所以需要增加搖桿機構(gòu)，使凸輪的直徑變小。根據(jù)風門的旋轉(zhuǎn)角度，初步設(shè)計出搖桿機構(gòu)。搖桿全部在同一個上殼體上，這樣可以提高機構(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，定義出所有的運動副，其中包括轉(zhuǎn)動副，點在線上滑動副。因為要設(shè)計凸輪槽，所以把每個風門和凸輪作為主動件，轉(zhuǎn)動角度使用規(guī)律曲線來驅(qū)動，即CATIA的Law功能，根據(jù)規(guī)律曲線在一個凸輪角度總行程，風門根據(jù)模式都有著規(guī)律的角度行程。在本文的機構(gòu)虛擬仿真中，求出了搖桿上的銷軸在凸輪上的軌跡，這個軌跡就是凸輪槽的位置。通過此運動軌跡，我們可以分析不同位置的壓力角，根據(jù)壓力角進行軌跡的優(yōu)化。進而達到優(yōu)化的凸輪軌跡設(shè)計。通過本文提出的方法設(shè)計凸輪，可以節(jié)省大量的時間，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。且可以直觀的看出各風門的開關(guān)情況，海綿的壓縮等狀態(tài)。曲柄銷在凸輪槽內(nèi)的滑動的間隙配合對機構(gòu)的運動噪音都有很大影響。在運動機構(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)定性相對較差，所以，在尺寸配合的設(shè)計上要充分考慮塑料件的材料特性。在所有零件中，對噪音比較敏感的是曲柄銷在凸輪槽內(nèi)的滑動的配合間隙，間隙過小，滑動的過程中會有異音或者噪音[3]。間隙過大機構(gòu)就會不穩(wěn)定，所以配合間隙要比較適當。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。凸輪的軌跡比較復雜，制作相對復雜一些，所以尺寸公差要相對大一些。這樣對生產(chǎn)成本也是比較有利的。產(chǎn)生噪音的另一個關(guān)鍵是零件的材料，同種材料在相互產(chǎn)生摩擦的過程中易產(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

本文使用CATIA的Kinematics虛擬仿真模塊逆向設(shè)計凸輪軌跡，即使用CATIA的law特性通過風門旋轉(zhuǎn)角度的角位移關(guān)系驅(qū)動風門和凸輪，生成曲柄銷軸在凸輪上的運動軌跡的方法來設(shè)計凸輪。對其軌跡進行壓力角分析與調(diào)整，使之減小壓力角，進而減小機構(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)計效率，極大地縮短了開發(fā)周期和成本，有效地保證了空調(diào)機構(gòu)設(shè)計的合理性和準確性。（2）風門的關(guān)緊狀態(tài)與凸輪的軌跡設(shè)計有很大關(guān)系，設(shè)計凸輪的過程中需要充分考慮海綿的壓縮量，風門的剛性，曲柄銷在凸輪槽中的工作接觸點以及在各個模式狀態(tài)下的風門鎖緊行程，保證凸輪的往復過程中風門的正確位置。（3）曲柄銷在凸輪槽內(nèi)的滑動的間隙配合對機構(gòu)的運動噪音都有很大影響。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。凸輪的軌跡比較復雜，制作相對復雜一些，所以尺寸公差要相對大一些。這樣對生產(chǎn)成本也是比較有利的。（4）凸輪壓力角會直接影響機構(gòu)的操作力。設(shè)計過程中在各個模式轉(zhuǎn)換的過程中，對壓力角要進行分析，保證壓力角的理想狀態(tài)。