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汽车空调机构设计及仿真模拟

更新时间:2009-03-28

作为影响汽车舒适性的主要总成之一汽车空调系统,为汽车提供取暖、制冷、除雾、除霜、湿度控制和空气过滤等功能[1],在汽车市场已成为主要竞争的手段之一。汽车空调模式运动机构是汽车空调操纵性要求最高的运动机构。通过合理的气流分配,汽车空调可为驾乘人员提供新鲜的空气及合适的温度范围,从而降低驾乘人员的旅途疲劳。汽车在行驶过程中,行驶速度、太阳辐射、车内风道的结构、地域性差别,送回风口的布置、送风方式及送风速度、乘员性别、乘员的多少、乘员年龄等因素都会对车内流场有很大的影响,这就对汽车空调的设计和研究提出了较高的要求。因此,不少学者对此做了一些关于汽车空调方面的研究工作,何理对汽车空调送风模式控制机构优化设计进行了研究[2];文献[3]对客车空调V带传动系统张紧轮机构设计进行了研究,给出了详细的设计过程;秦红等人[4]对汽车空调手动控制器拉丝走向结构设计进行了一定程度的探讨;文献[5]对基于CAN总线技术的空调控制系统设计进行了一定深度的研究;王粟等人[6]建立了变风量空调系统汽车车厢的数学模型,利用Matlab对车厢的温度控制系统进行了仿真,得到了系统的响应;唐景春等人[7]对电动汽车空调热泵型涡旋压缩机结构分析进行了研究,并通过实验空气焓差法对系统进行了制热、制冷性能实验,实验结果表明达到了节能的目的;文献[8]采用Fluent 软件对该风道的主体部分的气流流动进行模拟与分析,并通过优化设计改进了中央风道的性能,使中央风道各出风口的均匀性得到了大大提高。从以上研究来看,大多数研究都是围绕汽车空调控制系统建模及优化方面展开研究的,而对结构设计方面的研究还不多。基于此,本文以某款汽车空调运行机构进行了改进设计及建模研究。首先将原先采用三个操纵机构控制三个风门的方式,改为通过一个联动板结构(模式拨盘)同时控制三个风门,且控制三个风门完成汽车空调五种状态的风量分配方式,分别为全吹面、吹面/吹脚、全吹脚、吹脚/除霜和全除霜。同时进行了基于CATIA的设计建模工作;对空调模式运动机构装配进行了仿真分析研究,仿真分析的应用使设计验证环节提前,得到有效地控制。本文所改进设计的运动机构结构紧凑,控制精度高,传动噪音小,既满足了空调系统的设计要求,又最大限度地节省了空间,降低了成本,提高了空调模式机构操纵的可靠性。

1 汽车空调运动机构参数化设计及建模

汽车空调模式运动机构由分发器左外壳、分发器右外壳、吹面风门总成、吹面风门拨杆、吹面风门连杆、吹脚风门总成、吹脚风门拨杆、吹脚风门连杆、除霜风门总成、除霜风门拨杆、除霜风门连杆、模式拨盘和紧固件组成。因此,可将空调运动系统的零部件分为风门类、拨杆类、连杆类。每一类零件均找出他们相似的特征,通过参数化建模的方式分门别类地对每一类零件进行建模。一个好的参数化建模可以涵盖该类型的所有产品,只需在另存为具体的零件文件后,重新定义参数值及细化局部特征即可完成一个零件的建模。

律师解答:我国《侵权责任法》第78条规定,饲养的动物造成他人损害的,动物饲养人或者管理人应当承担侵权责任,但能够证明损害是因被侵权人故意或者重大过失造成的,可以不承担或者减轻责任。本案中,刘某作为伤人动物的饲养人,因其管理不善致其伤人,故应当承担相应责任。

1.1 分发器左外壳、分发器右外壳建模

分发器左外壳和分发器右外壳是两个较大的塑料壳体,它的结构较复杂,吹面风门总成、吹脚风门总成、除霜风门总成、吹面风门连杆、吹脚风门连杆、除霜风门连杆、模式拨盘等零件均装配在上面。吹面风口、吹脚风口和除霜风口均设计在上面。图1所示是分发器左、右外壳。

  

图1 分发器左、右外壳

1.2 吹面风门总成、吹脚风门总成和除霜风门总成建模

各风门总成是风门与密封部件的组合件,它是对应的风口的阀门。三风门总成如图2所示。

  

图2 三风门总成

1.3 吹面风门拨杆、吹脚风门拨杆和除霜风门拨杆建模

最后得到汽车空调模式运动机构的三维设计图如图6所示。

  

图3 三风门拨杆

1.4 吹面风门连杆、吹脚风门连杆和除霜风门连杆建模

案例教学法是一种动态性、开放式和启发式的教学方式,它强调学生的主体性、能动性、积极性和主动性的充分发挥,引导学生通过对案例的调研、分析、讨论、辩论、探究和归纳总结等,对所学习过的基础理论知识进行延伸和拓展,不仅有助于开阔学生的思维,开发学生的潜能,提高独立思考的能力和动手能力,系统地学习基础理论知识,并将它灵活地应用在分析和解决问题能力上,而且促进教师不断继续学习理论知识和提高生产实践能力,将教学、理论学习、实践和科研有机结合起来,及时补充和完善自身的不足和短板,有利于不断提高教学效果和质量,以便培养具有创新精神和较强工程实践能力的高级应用性纺织技术专门人才[1-2]。

  

图4 三风门连杆

1.5 模式拨盘建模

通过三维软件可以模拟出汽车空调模式运动机构的全吹面、吹面/吹脚、全吹脚、吹脚/除霜和全除霜五种风量分配方式,分别如图8—图12所示。

  

图5 模式拨盘

各风门拨杆均直接装配在对应的风门总成上,风门拨杆的滑槽部分是与对应的风门连杆装配。三风门拨杆如图3所示。

  

图6 空调机构总装配图

2 运动仿真

2.1 装配约束/运动接合

新建一个.CAT Product文件,将汽车空调模式运动机构的所有部件添加入该装配文件下,按照装配约束/运动接合的创建方法,进行相关部件的固定、刚性接合、旋转接合及点曲线接合等设置后,建立汽车空调模式运动机构的所有装配约束/运动接合关系,结果如图7所示。

  

图7 创建运动接合

2.2 运动模拟

模式拨盘是汽车空调模式运动机构的关键部件,它的三段滑槽结构控制三个风门结构的运动。其工作原理如下:当模式拨盘转动时,通过其上的三条不同形状的轨迹槽带动三个风门连杆、三个风门拨杆及三个风门依次运动,从而实现模式运动机构从:全吹面→吹面/吹脚→全吹脚→吹脚/除霜→全除霜五种模式的依次、循环切换。轨迹槽的工作原理即凸轮机构的工作原理。通过此运动机构的工作,可知模式拨盘的轨迹槽是直接控制了三个风门的起始位置及中间状态的停顿位置,风门的起始位置及中间状态的停顿位置直接影响空调系统的密封性、气流分配、风量损失及噪音。因此,汽车空调的控制精度和舒适性与车内气流分配有密切的关系。模式拨盘的三段滑槽底部均上有多个观察孔,以便观察各风门的运动状态,控制风量分配。模式拨盘的建模如图5所示。

通过对空调模式运动机构的仿真模拟过程,提前验证了本文改进设计出的空调模式运动机构的合理性和可操作性,同时还能够提前发现设计中存在的问题并进行及时改进。

  

图8 全吹面模拟

  

图9 吹面/吹脚模拟

  

图10 全吹脚模拟

  

图11 吹脚/除霜模拟

  

图12 全除霜模拟

苏轼说:“古之立大事者,不惟有超世之才,亦必有坚忍不拔之志。”王守仁说:“志不立,天下无可成之事。”由此可见,立志的重要性对一个人来说可见一斑。作为新时代的青年,应当要培养奋斗精神,秉持理想坚定、信念执着、勇于开拓、顽强不息的精神。要视奋斗为幸福,因为幸福都是通过奋斗得来的。1939年5月,毛泽东同志在延安庆贺模范青年大会上说:“中国的青年运动有很好的革命传统,这个传统就是‘永久奋斗’。我们共产党是继承这个传统的,现在传下来了,以后更要继续传下去。”每个青年都应当珍惜当下伟大的时代,坚持共产党艰苦奋斗的优秀传统,继续发扬下去,做新时代的奋斗者。

(2)基于CATIA的参数化设计建模以简化设计工作,节省时间。

三风门连杆如图4所示。各风门连杆直接装配在分发器左外壳上面,风门连杆的一端与对应的风门拨杆装配,风门连杆的另一端与模式拨盘对应的轨迹槽装配。

3 结论

(1)对空调运行机构进行了改进,将原先采用三个操纵机构控制三个风门的方式,改为通过一个联动板结构(模式拨盘)同时控制三个风门,且控制三个风门完成汽车空调五种状态的风量分配方式,分别为全吹面、吹面/吹脚、全吹脚、吹脚/除霜和全除霜。

这种模式在我省占比比较高,也是肉牛粪污处理的主要方式,大、中、小肉牛场均适用。建设固体粪污堆沤场和污水处理池,固体粪污采取条垛式堆肥发酵,每周3~5次翻抛增氧,发酵周期需要40~60天。污水进入污水处理池,3~6个月完成腐熟。腐熟后的固体肥和液体肥就近施入农田。该处理模式优点是工艺简单,操作简便,投资少;缺点是发酵周期长,占地面积大,臭气不易控制。

(3)对空调模式运动机构装配结果进行了自由度分析,并对几种风量分配方式进行了仿真分析研究,仿真分析的应用使设计验证环节提前,得到有效控制。

(4)本文所改进设计的运动机构结构紧凑,控制精度高,传动噪音小,既满足了空调系统的设计要求,又最大限度地节省了空间,降低了成本,提高了空调模式机构操纵的可靠性。

参考文献

[1]袁伟光.汽车空调风门控制机构的优化设计及试验验证[D].上海交通大学,2009.

[2]何理.汽车空调送风模式控制机构优化设计研究[D].陕西科技大学,2013.

[3]董红君.客车空调V带传动系统张紧轮机构设计[J].客车技术,2001(2):14-18.

[4]秦红,姚军平,谷丰.汽车空调手动控制器拉丝走向结构设计的探讨[J].汽车电器,2011(5):6-8.

[5]Zhang Jindong, Qin, Guihe, Zhou Xu, Xu Bing, Chen Zhaoxia. Design and study of automobile air condition control system based on CAN bus[J]. Advanced Materials Research, 2010, 129-131:12-16.

[6]王粟,胡菲.变风量汽车空调的建模与仿真[J].湖北工业大学学报,2008,23(5):24-26.

[7]唐景春,左承基.电动汽车空调热泵型涡旋压缩机结构分析[J].制冷学报,2014,35(2):54-58.

[8]杨国平,张缓缓,朱法龙. 基于CFD汽车空调中央风道的改进设计[J].上海工程技术大学学报,2011,25(2):108-111.

 
王雷,方向华
《黑龙江工业学院学报(综合版)》2018年第05期文献

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