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1、出风口的结构设计目录1.出风口的总布置要求2概述2出风口对气流方向的控制3出风口对气流的纵向调节:4输入条件4向上吹风角度4向下吹风角度5Nominal位置5通用体系中的纵向吹风要求5出风口对气流的横向调节6输入条件6横向调节要求6宽车的特殊性要求7出风角度分析与实际情况相悖的情况。7窄口造成的吹风角度异常7柯恩达效应8风量要求8有效出风面积的定义8极限位置下的有效出风面积要求92运动机构设计10概述10铰链四杆机构的设计10压力角与传动角11死点11四铰链机构的布置12摆动导杆机构的设计16摆动导杆机构的布置17制造死点17齿轮机构的设计18圆柱直齿轮机构的初步设计18模数的选择19柔性结构
2、19双风门控制机构19双风门机构的根本形态20双风门控制机构的设计20拨轮转轴与风门转轴呈角度时的机构设计22拨轮转轴与风门转轴同平面呈角度22拨轮转轴与风门转轴异面呈角度22全封闭出风口的风门控制机构233零部件设计25拨轮设计25拨轮的根本尺寸要求25拨轮的形状。253拨轮的定位与紧固26拨钮设计28拨钮的一般要求28拨钮的结构类型29叶片的设计30叶片的一般要求30叶片的排布30叶片的定位31叶片的强度32风门设计344手感控制结构36拨轮的拨动手感36拨钮的滑动手感37拨钮的旋转手感38拨轮的外表处理395结束语401. 出风口的总布置要求1.1 概述空调出风口作为空调的输出的终端，应
3、具备风量与风向的调节作用。通过调节出风口，应当能够满足整车的空气循环与制冷控制要求，并能够满足乘客的各种舒适性要求，从某种方面来讲，出风口的设计并非单独附属于内饰设计，而是应当在整车系统中考虑的。从乘客的需求来说，每个人对于制冷制热的需求各有不同，有些人希望冷热风直接吹向身体，有些人希望风不要直接吹向人，而是通过改变整车温度，使自己到达一个舒适的状态，因此风向的调节范围，应当是能够覆盖人体，并能够到达人体外侧的空间，以满足不同人群的需求。一般来说，仪表板会布置4个出风口，靠近驾驶员侧的两个出风口用于满足驾驶员的需求，另一侧的两个满足副驾驶员的需求。四个出风口的吹风范围均应覆盖其所效劳的对象。出
4、风口的布置，应当注意防止被其他零件阻挡，主要是仪表罩，方向盘的影响，同时也应当注意防止直吹驾驶员的手部，造成手部的不适影响驾驶。1.2 出风口对气流方向的控制关于这一局部内容，根本采用了伟世通的设计要求和观点，通用对于吹风的要求与伟世通在个别地方是有区别的，我会加以说明。至于相关的设计要求是由于亚欧美市场客户需求不同还是欧标，美标等的标准不同而产生的，我目前没有得到相关信息也未作相应的研究，待获取相关信息并研究后，会对后文重新整理，当前还是以伟世通的要求为主进行说明。1.2.1 出风口对气流的纵向调节:对于出风口气流的纵向调节范围要求，请见图1-1图 1-1 侧视图，气流的纵向调节1.2.1.
5、1 输入条件如标记，做分析的时候，h点位置应当取座椅最前置状态下的位置，因为在座椅前置时，出风口相对于人体的吹风范围是最小的，只有满足了前置座椅的要求，才可以同时满足其他状态下的要求。眼椭圆取99%的，这个与h点的要求原因是一样的，是为了使吹风的覆盖范围能够满足各种假人状态。1.2.1.2 向上吹风角度中间出风口和侧出风口向上的最小吹风范围是相同的，都是要求能够吹向与眼椭圆上沿相切的切线如标记，需要说明的是，这个仅仅是最小要求，事实上为了满足出风口能够吹向不直对人体位置的要求，推荐这个方向再向上转动5度。日产的要求和伟世通还有所不同如标记，是要求其方向远离眼椭圆150mm。事实上这两个数值反响
6、的客户需求都是相同的，即让风能够吹到不正对人体的方向。1.2.1.3 向下吹风角度中间出风口和侧出风口向下的吹风范围要求有所不同。如标记所示，中间出风口向下应当吹到h点向上200mm的点位。如标记4所示，侧出风口向下应当吹到h点。之所以有不同，我的理解是中间区域由于需要布置的零件比拟多，出风口能够摆放的位置范围是很小的，由于a面的形状及周边零件的影响，在很多情况下出风口向下的吹风角度是无法吹到h点的，因此放宽到向上200的位置。事实上在我们很多以前的车型中，都是难以满足向下吹到h点甚至200mm位置的，在吹风范围的纵向调节方面，我们需要优先考虑向上的吹风角度必须满足，向下如果无法满足，需要增加
7、辅助出风口。1.2.1.4 Nominal位置如标记所示，他表示的是出风口处于最大吹风量时的角度即叶片与出风口壳体及风管导风段平行时的吹风角度，伟世通要求这个方向应当指向上下最小吹风范围的中点。1.2.1.5 通用体系中的纵向吹风要求如图1-2通用体系对于上下的吹风范围要求是有所不同的，他的要求是从出风口做一个22度的锥形，出风口向上至少能够使锥形高于95%的乘员肩膀，向下要求能够到达第95百分位乘员的大腿前部。如果向上完全旋转的位置与向下完全旋转的位置之间夹角过大，出风口必须满足上述第一个要求，同时必须增加一个大腿制冷装置补充出风口以实现第二点要求。图 1-2 侧视图, 气流方向的最小上下调
8、节通用1.2.2 出风口对气流的横向调节对于出风口气流的横向调节范围请见图1-3。图 1-3 正视图， 左右方向的气流调节1.2.2.1 输入条件与风向的上下调节范围校核输入条件相同，同样需要采用99%眼椭圆与前置座椅的h点位置。1.2.2.2 横向调节要求出风口对于气流的横向调节范围与纵向是类似的，其最小吹风角度范围同样需要覆盖人体的左右方向。侧出风口要求向外侧能够吹到人体外的局部图中所示的450mm是伟世通给出的建议，事实上根据不同的车型，这样一个要求是不适应的，较宽和较窄的车型向外的吹风角度会完全不同，我们需要按照实际情况来考虑，一般来说只要能够使吹风范围向外越过假人所在区域，并增加5度
9、以上的余量即可如果侧出风口兼有侧窗除雾要求，请按照实际情况，扩大吹风范围。侧出风口向内要求能够吹过眼椭圆的内侧。中间出风口向外要求吹过眼椭圆的外侧，向内要求吹过整车中线。老的guildline中的左侧吹右肩，右侧吹左肩的说法事实上与这个要求根本是一致的，都是要求每个吹风口能够对其吹风对象实现覆盖，并能够各自吹到人体以外的区域。1.2.2.3 宽车的特殊性要求有些车型尤其是车身较宽的重卡，在出风口风向的横向调节上与一般汽车要求是有所不同的，一般的轿车车宽在1米4左右，但是重卡往往要到达2米左右，由于造型原因，有些卡车的中央出风口仍然布置在靠近车宽中线的位置，导致中央出风口如果要按照前面所说的要求
10、，叶片需要旋转相当大的一个角度才能够吹到上述的目标点，而此时风量的损失是非常大的，在这种情况下，我们的设计可以考虑适当放低要求，不再考虑让中央出风口吹过人的眼椭圆。如果有可能的话，在重卡的出风口设计中，我们尽可能要将中央出风口的位置向驾驶员副驾驶员方向靠拢，让中央出风口的吹风范围能够更多的覆盖人体区域。1.2.3 出风角度分析与实际情况相悖的情况。关于具体的导风结构及相关要求，会在后文叶片的设计中加以阐述，在本节中将描述两种实际吹风状态与我们所作的简单角度分析情况不符的状况。1.2.3.1 窄口造成的吹风角度异常请见下列图1-4，这是一个出风口设计的实例，该出风口开口较窄，但从叶片角度来看，下
11、层的三个叶片，应当能够导出50%以上的风量吹向叶片所指方向，但是事实上经过cae分析，发现叶片导向失效，如图1-4的右图，其右侧出风口导风叶片向左而实际风向向右。目前为止只发现窄口出风口有此现象，但尚不明确该现象发生的机理，个人疑心与叶片在腔体内传出的风向经腔体内壁反弹引起。扩大出风口尺寸与将后层叶片前移均会改变这种情况。对于窄口的出风口，需要躲避开口处的阻挡，让出风口壳体尽可能与面板光顺连接，尽可能扩大出风面积。控制窄口方向风向的导风叶片，尽可能布置到上层，这样会更有利于导风。 图 1-41.2.3.2 柯恩达效应柯恩达效应是指沿物体外表的高速气流在拐角处能附于外表的现象，这种效应如果出现在
12、我们的导风角度范围内，将使导风失效。如下列图1-5，所示当出风口吹出的风向与拐角处的外表呈较小角度时，即会出现如图的附壁现象，当角度增大后，如图1-6，气流流向正常。图1-5图1-6科恩达效应一般在51度以下发生，然而这个角度会有一定的波动，一般来说51度以下的角度是绝对不可取的，51-55也有一定的风险，我们尽可能选取55度以上的角度来进行设计。事实上由于出风口型面与气流方向的关系，向上，向左右方向的气流均不会发生科恩达效应，只有向下的气流有可能产生，因此当出风口下沿出现与下吹风极限方向呈55度以内夹角的大平面时，我们需要特别关注，建议通过CFD分析判断实际气流走向。1.3 风量要求1.3.
13、1.1 有效出风面积的定义如图1-7所示，我们需要注意的是有效出风面积的计算，不是出风口在a外表的开口大小，而是实际出风方向垂直的平面上做开口处气流的投影面积需要刨除上下层叶片及连杆的投影面积。根据伟世通的要求，大中型车辆的有效出风面积需要到达3870-4516mm2，小型车那么需要到达3225-3870mm2，长或宽的尺寸不能小于mm。对于这样一个要求，我认为其是为了与空调自身的出风面积作匹配的，从管道中的流体特性来看，入口面积与出口面积相同的话，流体在管道内的压力及速度损失都会比拟小。根据我们以往的设计经验，事实上很多车辆由于造型的关系，我们并不能到达这样一个尺寸要求，如果不会造成很大的压
14、力损失，或者造成风速的大幅下降，尺寸方面是可以考虑让步接受的。当然如果能够通过CFD分析或实验，了解一下实际的出风量、风速，是否满足条件，是最为可靠的。图 1-7 1.3.1.2 极限位置下的有效出风面积要求在本文中提到了出风口横向和纵向的调节角度要求，当出风口吹向极限位置时，需要保证其有效出风面积到达最大出风面积的75%。如图1-13所示，这是伟世通给出的小面积的计算方法。我个人并不完全同意这种计算方法，按照这种计算方法，那么如图1-8，如果在风道入口处加沿着 的几片导向叶片，那么所有的导向叶片导出的风都会出风口壳体遮挡，有效出风面积为0，这显然是不正确的。当叶片逐渐向水平方向旋转后，决定出
15、风量更大程度的是叶片之间的间隙而非叶片导出风的遮挡量。对于有效出风量还是以CFD的计算为依据比拟可靠，个人不建议用这种方法来进行计算。我们现有的CFD手段是可以根据二维线条来进行简化计算的，计算结果也是比拟可靠的，如果有相应的出风量计算需求，不妨作出一些简单的断面，交给CFD进行简单计算。当然，如果进行了CFD计算，那么我们的有效出风面积也就没有必要再进行计算了，直接把CFD的计算结果与出风口的出风实验要求进行比拟即可。图 1-82 运动机构设计2.1 概述出风口由于其功能性要求，存在一些运动机构，但总体类型来说，大多数的机构属于简单机构，传动链都比拟短，根本由连杆，带槽连杆，齿轮三种简单零件构成。出风口的功能表达在风向的调节，风门的开闭上，因此相应的机构根本上就是叶片调节机构与风门开闭机构两套，本节着重介绍一下拨轮-
