儀表板通風(fēng)口的虛擬設(shè)計(jì)

1、蓋世汽車社區(qū)儀表板通風(fēng)口的虛擬設(shè)計(jì)圖1葉片式的通風(fēng)口隨著汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，快速推出新車型成為汽車制造企業(yè)搶占市場(chǎng)份額的重要籌碼。天津一汽通過(guò)協(xié)同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理 系統(tǒng)(collaborative Product Development Management，簡(jiǎn)稱PDM)，在設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式定義選型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方 面采用了流程化的方法加以管理，用CATIA V5軟件的PART DESIGN模塊進(jìn)行三維建模以及DMU (數(shù)字樣機(jī))模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬。 DMU模塊的應(yīng)用仿真樣件在裝配以及使用的過(guò)程，使設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤被提前發(fā)現(xiàn)，從而大大減少了實(shí)物樣機(jī)的制作和驗(yàn)證。工藝分析 主要是風(fēng)口總成中各個(gè)

2、零件壁厚的選擇和脫模斜度的定義，其中也運(yùn)用了 CATIA軟件中的ANALYSIS模塊分析出?？尚行浴Ｌ摂M設(shè) 計(jì)的介入，為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了更加高效、高質(zhì)量的輸出保證，更加規(guī)范了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，完善了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程。圖2 轉(zhuǎn)動(dòng)體式通風(fēng)口儀表板的器件主要?jiǎng)澐譃椋厚{駛操控區(qū)、乘用功能區(qū)和保安區(qū)。通風(fēng)口作為儀表板上的重要部件，不但有裝飾作用，更重要的 功能是，根據(jù)乘客對(duì)于溫度的不同要求，調(diào)節(jié)空調(diào)控制機(jī)構(gòu)。通風(fēng)口的設(shè)計(jì)一般分為以下幾個(gè)階段：前期定義、材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)及工藝分析。前期定義階段主要包括，通風(fēng)口樣式的選擇、通風(fēng)面積的定義、通風(fēng)形狀的定義和出風(fēng)角度的校核。材料的選擇， 通風(fēng)口雖然尺寸不大但

3、零件數(shù)目多，不僅要耐高、低溫，還要有韌性，同時(shí)，由于是運(yùn)動(dòng)件其耐磨性也有要求。材料的選擇直接關(guān) 系到產(chǎn)品的使用性能和用戶對(duì)整車的評(píng)價(jià)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括出模方向的定義、與儀表板本體以及通風(fēng)管道的搭接，還有通風(fēng)口本 體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下面分別加以闡述。A133長(zhǎng)寬比圖3 球形通風(fēng)口設(shè)計(jì)前期的分析工作對(duì)于經(jīng)濟(jì)型及A級(jí)車來(lái)講，一般有4個(gè)通風(fēng)口，基本布置在儀表板上。高檔以及大型商務(wù)車，不但前排有通風(fēng)口，后排也有。 這里我們主要針對(duì)經(jīng)濟(jì)型轎車的通風(fēng)口進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。在新車型策劃設(shè)計(jì)階段，車的外形以及內(nèi)飾風(fēng)格都已經(jīng)確定，為了追求造型 的整體感，通風(fēng)口的形狀也基本確定。雖然通風(fēng)口形狀和樣式各異，但是為了達(dá)到性能要求

4、，它的布置位置不會(huì)有太大差異。前期 的分析工作主要包括以下幾個(gè)方面：樣式的選擇通風(fēng)口大致分成3種樣式：葉片式、轉(zhuǎn)動(dòng)體式和球形（見(jiàn)圖1、圖2和圖3）。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)造型的整體需要來(lái)選擇通風(fēng)口 的樣式。轉(zhuǎn)動(dòng)體式的通風(fēng)口受拔模斜度的限制很大，一定要提前做好校核工作，防止向下擺動(dòng)角度過(guò)小達(dá)不到性能要求。現(xiàn)在車上 采用葉片式的通風(fēng)口較多，工藝上易實(shí)現(xiàn)。在企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)中，隨著產(chǎn)品積累的增加，數(shù)據(jù)庫(kù)的完善，選型的工作變得比較簡(jiǎn) 單。133長(zhǎng)寬比圖4通風(fēng)噪聲比定義通風(fēng)面積對(duì)于新設(shè)計(jì)的車型，通風(fēng)量都有一定的目標(biāo)值，根據(jù)駕駛室內(nèi)的容積以及配置的空調(diào)系統(tǒng)來(lái)確定通風(fēng)量。通風(fēng)口是一個(gè)通道， 如果通風(fēng)口面積過(guò)小就不能

5、滿足要求，它由空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)口端面以及目標(biāo)通風(fēng)量來(lái)決定。定義實(shí)際開(kāi)口面積，實(shí)際開(kāi)口面積=造型 開(kāi)口面積-葉片旋鈕的面積。同時(shí)，也要考慮方向盤(pán)阻擋對(duì)通風(fēng)效率的影響，實(shí)際有效的通風(fēng)面積比實(shí)際開(kāi)口面積要小。如果通風(fēng)蓋世汽車社區(qū)面積過(guò)小，不能滿足駕駛員及乘客的要求，并且會(huì)導(dǎo)致局部風(fēng)速過(guò)高，人體感覺(jué)不舒服。如果面積太大又會(huì)使風(fēng)速太低，也不能滿 足要求。一般情況下的通風(fēng)面積是參考對(duì)標(biāo)車來(lái)定義的。通風(fēng)口形狀通風(fēng)口形狀各異，但是在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意開(kāi)口形狀以及長(zhǎng)寬比。根據(jù)相關(guān)資料得出，如果長(zhǎng)邊與短邊比大于2.2時(shí)，通風(fēng)噪聲 就會(huì)快速增大并且風(fēng)速顯著降低。通風(fēng)噪聲比以及通風(fēng)速度與開(kāi)口比如圖4、圖5所示。圖5 通風(fēng)速度

6、與開(kāi)口比上下方向擺動(dòng)角的分析定義零件的布置一定遵循以人為本的原則，滿足駕駛員及乘客的需要，并校核通風(fēng)口上下擺動(dòng)角度內(nèi)能否吹到人體上至頭頂下到胸 口的位置（見(jiàn)圖6）。在CATIA環(huán)境中，我們以5百分位和95百分位為參考來(lái)校核通風(fēng)口的上下擺動(dòng)角度能否滿足要求，這是通 風(fēng)口位置是否合適的重要條件之一。一般來(lái)說(shuō)，通風(fēng)口向下擺動(dòng)角度很難達(dá)到要求。在開(kāi)發(fā)的某一車型中，就是因?yàn)橄蛳聰[動(dòng)角度 小而重新設(shè)計(jì)了通風(fēng)口結(jié)構(gòu)。通過(guò)校核發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)口的上下擺動(dòng)角度和儀表板造型面的傾斜角度有關(guān)系。造型面的傾斜角越大，向 下擺動(dòng)的角度越大。一般來(lái)講，上下轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)該各為30，當(dāng)然這個(gè)值已達(dá)到吹風(fēng)性能為準(zhǔn)。左右方向的擺動(dòng)角定義

7、前期的部分校核是通過(guò)CATIA的草圖（Sketch）模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在二維環(huán)境中定義各個(gè)方向的擺動(dòng)角度。通風(fēng)口不但要校核 上下方向的擺動(dòng)角度，也要校核左右方向的擺動(dòng)角度。要求通風(fēng)口向左右必須也能吹到駕駛員或者乘客。通過(guò)校核發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)口的 左右吹風(fēng)角度和通風(fēng)口的寬度有關(guān)系。通風(fēng)口的寬度越大，左右吹風(fēng)角度也越大。當(dāng)駕駛者坐在最遠(yuǎn)的位置時(shí)駕駛側(cè)出風(fēng)口可調(diào)節(jié) 吹風(fēng)方向，吹到駕駛者右肩；同樣，當(dāng)副駕駛者坐在最遠(yuǎn)的位置時(shí)副駕駛側(cè)出風(fēng)口可調(diào)節(jié)吹風(fēng)方向，吹到副駕駛者的左肩。圖6上下擺動(dòng)角度的校核材料選擇及性能要求通風(fēng)口是有許多小零件組裝而成的，這些小零件的材料是不同的。以某款車型為例，圖7是某車通風(fēng)口總成構(gòu)成

8、圖，其中，1、2、4和6件的材料為“PC+ABS”材料；3、7件為POM材料；5件為改型PP材料。對(duì)于不同的部位其材料性能要求也不同，因此選 材十分重要。舉例來(lái)說(shuō)，其中的3件和7件是葉片的連桿，在使用過(guò)程中要求其有好的耐磨性和耐疲勞性，因此，選用了 POM材料。 材料選定后，還必須有相應(yīng)的材料標(biāo)準(zhǔn)。本件材料性能應(yīng)滿足汽車用復(fù)合強(qiáng)化聚甲醛（POM）成型材料技術(shù)條件、汽車用烯蓋世汽車社區(qū)烴高聚物成型材料（改性PP）樹(shù)脂成型材料技術(shù)條件和汽車用聚碳酸脂/丙烯臘-X-苯乙烯樹(shù)脂的合成聚合物（PC+ABS）成型 材料技術(shù)條件。除了對(duì)通風(fēng)口材料的要求，還有對(duì)總成件性能的要求，主要有以下幾方面:對(duì)操作性能的

9、要求由于通風(fēng)口屬于經(jīng)常使用的部件，所以對(duì)它的操作性能也提出了要求，用手搖動(dòng)或敲擊本件不允許有咔噠聲。圖7某車的通風(fēng)口結(jié)構(gòu)對(duì)操作力的規(guī)定為了控制撥動(dòng)通風(fēng)口葉片時(shí)的操作力，對(duì)操作力也有明確規(guī)定：（1）左右方向：初始狀態(tài)：1.47 N以上，6.40 N以下；耐熱 試驗(yàn)中：0.29 N以上；耐熱試驗(yàn)后：0.98 N以上。（2）上下方向：初始狀態(tài)：1.47 N以上，5.90 N以下；耐熱試驗(yàn)中：0.59 N以 上；耐熱試驗(yàn)后：0.98 N以上。操縱耐久性能實(shí)驗(yàn)方法：操縱循環(huán)次數(shù)為10000次，全程往返一次為一個(gè)循環(huán)，操縱速度為15次/min。在完成如下試驗(yàn)次數(shù)時(shí)測(cè)試試驗(yàn)結(jié) 果：500，1000，2000

10、，3000，4000，5000，7000，10000O實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：試驗(yàn)后，不應(yīng)有變形、變色、開(kāi)裂及安裝處的喀噠聲， 且無(wú)其他機(jī)能和外觀上的異常現(xiàn)象。圖8通風(fēng)口與通風(fēng)管道安裝的DMU模擬通風(fēng)噪聲的要求出風(fēng)口屬于產(chǎn)生噪聲的部件之一，所以在設(shè)計(jì)通風(fēng)口時(shí)要從結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上盡量避免噪聲的產(chǎn)生。通風(fēng)口密封性能的要求通風(fēng)口與通風(fēng)管道的搭接處有密封條，密封條的密封性能影響通風(fēng)效率。風(fēng)速的高低直接影響乘駕人員的舒適感，因此對(duì)風(fēng)速的要求也要重視。圖9通風(fēng)口擺動(dòng)角度的設(shè)置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期分析工作和材料確定后，下一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。CATIA的GSD模塊與PART DESIGN模塊在結(jié)構(gòu)階段可以實(shí)現(xiàn)全參數(shù)化的設(shè) 計(jì)，為設(shè)計(jì)

11、結(jié)果的更改提供了方便。首先考慮通風(fēng)口與其他部件的搭接關(guān)系，進(jìn)行安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，再進(jìn)行通風(fēng)口的本體設(shè)計(jì)。1.定義通風(fēng)口的出模方向通風(fēng)口的出模方向主要和與其搭接的大零件的出模方向有關(guān)，這里主要指儀表板本體。同時(shí)，還跟前期定義的上下出風(fēng)角度有 關(guān)。需綜合考慮以上兩方面因素定義出模方向。2.與儀表板本體的安裝設(shè)計(jì)通風(fēng)口固定在儀表板本體上，安裝方式的好壞直接影響外觀質(zhì)量。通風(fēng)口一般是靠卡子固定在儀表板上，也有用自攻螺釘連接 的，這主要跟造型有關(guān)系?？ㄗ拥陌惭b方式對(duì)部件的拔模角度要求比較嚴(yán)格，如果通風(fēng)口的拔模角度和儀表板的拔模角度差值比較 大，會(huì)導(dǎo)致通風(fēng)口安裝不平整?？ㄗ拥陌惭b面是個(gè)平面，而儀表板是個(gè)孤面，

12、安裝難度大。此外，卡子的結(jié)構(gòu)也很多，選擇合理的 結(jié)構(gòu)和尺寸都與材料本身的特性有關(guān)系，回彈量以及材料的硬度也應(yīng)該考慮。與通風(fēng)管道的安裝設(shè)計(jì)通風(fēng)口與通風(fēng)管道主要是靠卡子來(lái)安裝的，從安裝順序來(lái)看通風(fēng)口與通風(fēng)管道的密封是個(gè)難點(diǎn)，需要有聚氨酯泡沫增加密封效 果。通過(guò)CATIA V5的DMU模塊，對(duì)通風(fēng)口與通風(fēng)管道的安裝進(jìn)行了模擬（見(jiàn)圖8）。電子樣機(jī)裝配模塊模擬用來(lái)定義、模擬和分 析裝配、拆卸過(guò)程，通過(guò)模擬維護(hù)、修理過(guò)程的可行性來(lái)校驗(yàn)原始設(shè)計(jì)的合理性。通風(fēng)口結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通風(fēng)口設(shè)計(jì)應(yīng)該注意幾個(gè)方面：首先，葉片軸與本體孔之間的公差應(yīng)該是過(guò)盈配合，并且過(guò)盈量不應(yīng)該太大，否則會(huì)需要較大 的操作力，不易撥動(dòng)葉片；如果

13、過(guò)盈量太小，會(huì)導(dǎo)致葉片不能穩(wěn)定在某一角度，在車身稍有振動(dòng)的情況下就會(huì)晃動(dòng)。其次，為了使 葉片撥動(dòng)起來(lái)更柔和，可以在轉(zhuǎn)軸與孔之間加入軟性墊片。第三，校核葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)能否實(shí)現(xiàn)，以及葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)限位是否符合轉(zhuǎn)動(dòng)角度要求。CATIA DMU模塊的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬是通過(guò)調(diào)用大量已有的多個(gè)種類的運(yùn)動(dòng)或者通過(guò)自動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)械裝配約束條件而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)副， 對(duì)任何規(guī)模的數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)定義。通過(guò)運(yùn)動(dòng)干涉檢驗(yàn)和校核最小間隙來(lái)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析。首先將通風(fēng)口總成的各個(gè)部件調(diào)入裝配環(huán)境，對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)各零件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系使用運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬模塊KIN中 的運(yùn)動(dòng)副命令添加相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副。然后，設(shè)置驅(qū)動(dòng)尺寸的角度（見(jiàn)圖9），進(jìn)

14、行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模擬。在運(yùn)動(dòng)仿真中，我們可以檢驗(yàn)各個(gè) 零件之間的間隙情況（見(jiàn)圖10）。圖11 通風(fēng)口的出模分析圖工藝設(shè)計(jì)壁厚對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)體式通風(fēng)口來(lái)講，受拔模斜度的影響以及轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)的需要，使得壁厚不同，這就給注塑工藝帶來(lái)了難點(diǎn)。壁厚不同 的部位應(yīng)該逐漸過(guò)渡，不應(yīng)該有突變，否則會(huì)出現(xiàn)塑痕。同時(shí)，也要注意最大壁厚不應(yīng)大于工藝要求所能承受的厚度。對(duì)葉片式通 風(fēng)口來(lái)講，本體壁厚應(yīng)盡可能保持一致，約為22.5 mm，葉片壁厚也是22.5 mm。如果有個(gè)別葉片需要一定承載力，那么它的 厚度可以增加。脫模斜度為了保證制品從模具內(nèi)取出時(shí)不產(chǎn)生表面劃傷和擦毛等情況，制品內(nèi)外表面沿脫模方向都應(yīng)有傾斜角度，即脫模斜度。脫模斜 度的大小與制品材料的性質(zhì)、收縮率、壁厚及形狀有關(guān)。在不涉及到外觀的表面脫模斜度一般為13，外觀面的脫模斜度根 據(jù)外表面花紋的深度和形狀來(lái)定義，一般粗花紋要求5以上，細(xì)花紋要求3以上。蓋世汽車社區(qū)CATIA的軟件中feature draft analysis命令可以用來(lái)分析零件的脫模可行性。通過(guò)圖云就可以直觀地發(fā)現(xiàn)工藝問(wèn)題。圖11 為通風(fēng)口的出模分析圖。結(jié)語(yǔ)協(xié)同產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)的應(yīng)用，為天津一汽的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提出了規(guī)范化、流程化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，積累了豐富的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)。系