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，提供用于工程設計、加工制造及產(chǎn)品拆裝維護的模擬環(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)品從概念設計到維護服務的整個生命周期。DMU技術使在工程決策和過程決策的協(xié)同工作時，能夠對復雜的模型進行內部觀察、漫游、檢查及模擬[1]。汽車空調出風口作為汽車空調系統(tǒng)的終端，對氣流組織起著至關重要的作用，它通過葉片的調節(jié)進行風向的控制，是汽車內飾部分中相對復雜的運動機構。因此，出風口的設計不僅僅是簡單的靜態(tài)結構設計，還需進行動態(tài)模擬。文章結合DMU對運動空間間隙及工作條件進行了分析，在滿足運動間隙和運動件工作極限的設計要求下進行出風口結構設計。

1 出風口結構數(shù)據(jù)建立

文章設計的某乘用車中央出風口結構示意圖，如圖1所示。

圖1 某乘用車空調出風口主要部件示意圖

通常在CATIA Part Design和Generative Shape Design 2個模塊進行出風口結構數(shù)據(jù)的建立。在結構數(shù)據(jù)制作之前，就要準確分析出風口各運動機構，定義關鍵的點線面，并對此進行保留。最好將出風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 出風口運動機構的建立

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

圖2 空調出風口數(shù)據(jù)模型顯示界面

2.1 運動副的建立

本設計中，風向的上下調節(jié)是通過水平葉片的旋轉實現(xiàn)。出風口水平葉片、水平葉片連桿及殼體構成四連桿機構，通過撥動撥鈕帶動水平葉片旋轉，如圖3所示。風向的左右調節(jié)是通過垂直葉片的旋轉實現(xiàn)。垂直葉片、垂直葉片連桿及殼體構成四連桿機構，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。

圖3 空調出風口風向上下調節(jié)機構示意圖

圖4 空調出風口風向左右調節(jié)機構示意圖

出風口運動機構的運動副構成，如表1所示。

表1 某乘用車空調出風口調節(jié)機構運動副構成表

在DMUKinematics模塊中建立出風口運動機構的運動副，其顯示界面，如圖5所示。

圖5 空調出風口運動機構運動副建立的顯示界面

2.2 添加驅動條件

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

圖6 空調出風口運動機構模擬顯示界面

3 運動模擬及校核

在系統(tǒng)提示可進行模擬之后，對整個運動機構進行模擬。點擊“驅動仿真”命令對出風口各個角度進行運動仿真。

圖7示出出風口運動的4個極限位置顯示界面，整個出風口可以按照設計要求驅動。作為運動機構，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過程中與殼體的最小間隙。驅動運動機構，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行實時監(jiān)測。

圖7 空調出風口4個運動模擬顯示界面

為了得到更直觀的結果，最好把有設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，水平葉片轉軸與殼體配合間隙的設計值為0。需要對殼體的數(shù)據(jù)進行簡單的處理，去掉與葉片轉軸接觸的部位，數(shù)據(jù)處理后再進行運動模擬分析。

將水平葉片按照設計要求向上旋轉25°進行校核，校核結構，如圖8所示。

圖8 空調出風口水平葉片3與殼體最小運動間隙示意圖

當出風口水平葉片向上旋轉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

考慮出風口制造機裝配公差以及整車的NVH要求，需要將此間隙調整到最?。? mm），以保證出風口的正常運轉以及避免摩擦異響。根據(jù)運動分析結果優(yōu)化數(shù)據(jù)，直到間隙值滿足設計要求。同樣，根據(jù)其方法進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動。如圖10所示，水平葉片2上沒有限制撥鈕運動結構，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上設計一個定位結構，限制撥鈕的運動。首先，對垂直葉片進行模擬驅動，如圖11所示。當垂直葉片調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上進行結構設計。用同樣方法獲取向右運動位置的定位面。完整的定位結構示意圖，如圖12所示。此方法可以準確的定位垂直葉片的運動極限，提高設計的精準性。

圖10 空調出風口水平葉片2與撥鈕定位結構示意圖

圖11 空調出風口垂直葉片向左運動極限位置示意圖

圖12 空調出風口垂直葉片運動定位結構示意圖

4 結論

文章結合CATIA DMU模塊對某汽車的空調出風口進行了輔助設計。通過應用CATIADMU模塊檢查了汽車空調出風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計要求后，更改設計，以滿足設計要求；此外，還可以結合CATIA DMU方便準確地找出設計起止位置，輔助設計了葉片運動的定位結構，方便準確。

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