摘要：室内天花嵌入式空调器面板导风部件的设计是关系空调器出风流向、噪声、能耗、舒适感等的重要机构，导风机构（简称机构）采用机构仿真设计后，设计和验证一体化，经过仿真验证就可以直接选择材料，开模生产，节约了大量传统设计过程中所需要的计算、校核时间，满足了现代化企业产品高效率设计生产的需要。
关键词：机构；仿真；导风条；摇杆
1 引言
室内天花嵌入式空调器安装时，内机在隐藏在天花内，只有面板镶嵌在天花板上，与天花板安装一体；设备静止时导风机构处于闭合状态，导风条闭合；设备开启时，导风机构处于运转状态，导风条通过摆动，对吹出的风进行导向，让风流向不同的角度，避免垂直吹到人身上，而降低了舒适感。同时，机构运动就会产生噪声，降低产品运行噪声也是产品设计的关键；因此，导风机构的设计优劣在该空调产品的设计中占据重要位置。以下主要针对一种四面出风的导风机构运动原理进行结构分析和设计。
2 室内天花嵌入式空调器的基本结构
四面出风室内天花嵌入式空调器包括面板和内机两部分，其中面板又包括导风机构、回风格栅和面板体。
图a.
基本结构说明：
1、导风机构
2、回风格栅
3、面板体
4、内机部分
3 室内天花嵌入式空调器面板的导风结构设计
3.1室内天花嵌入式空调器导风机构设计
导风机构设计要先建立框架模型，按面板外观结构要求，对整体框架进行布置设计，然后根据框架要求对各个部件确定形状和尺寸，完成绘制各部分外观结构3D图。
输入本次设计的基本技术要求：2台步进电机，12V直流电压，输出扭矩70g/m；导风叶片材料要求能耐70℃以上高温不变形（选ABS料），共4条导风条。经分析要求一台步进电机要驱动两条导风叶片，中间需要机构传动。
备选的传动路线有以下方式：
1、步进电机+齿轮+导风叶片+换向摇杆+换向摇杆+导风叶片；
2、步进电机+导风叶片+换向摇（连）杆+换向摇（连）杆+导风叶片。
显然，第二种方式更经济，一个电机直接驱动两条导风叶片，要求导风条和连接构件的传动效率要高，即同步性要好。
下面用建好模的3D部件进行机械机构连接。
图b 机构连接
图c 机构碰撞检测
图b中伺服电机部分已经示意简化为一个带槽的滚轮，期间设置为销钉连接方式，电机与导风叶片采用一般连接，换向摇杆部分采用销钉连接；单个换向摇杆由三部分组成：传动轮、十字杆、换向杆等组成；传动轮与十字杆，换向杆与十字杆之间均采用过盈环抱结构，防止传动松脱。
3.2 机构碰撞检测
如图c，在PROE5.0软件中运行机构干涉检测时，发现有碰撞，其颜色和位置相应显示出来，这个时候需要调整碰撞干涉，就是优化传动部件结构，将干涉位置修正，否则实际造成的后果就是卡死。但要注意，并非所有碰撞干涉都是无益的，传动轮与十字杆、换向杆与十字杆之间环抱和导风叶片与传动轮的静止锲型联接等的碰撞干涉是有益的，因为这样的过盈配合更能保证传动的精度。这里只对一条传动路线进行连接检测，因为另外一条路线完全是这条路线的复制，无需再单独进行校核。
4 导风机构的仿真运动
4.1仿真运动参数设置
利用伺服电机转动的余弦公式：Y=A*COS（360*X/T+B）+C，
式中A：90，B：0，C：0，D：10
式中A代表传动幅度，最高开启角度是90°；B代表相位，设定值为0表示初始位置为0°；C代表偏移量，0代表无偏移；X代表弦长；T表示运行时间，它可以是任意大于0的整数，单位Sec（秒）。
4.2仿真运动
设置好参数之后就需要进行仿真运动，可查看导风叶片从开启最大状态恢复到关闭状态时的情形。
从仿真运动中可以看出，带动导风叶片运动的机构运动设计符合初始技术要求。实际产品中，我们通过软件程序控制电机的转动状态，即启动时导风叶片打开到90°状态，然后回复到35°~40°状态，再回转到90°状态，周而复始，这样就实现了空调器风向的调节。
在做运动分析时还需要设置阻尼系数，重力方向，阻力方向，阻力方向可能来自出风口的风力，也有可能来自机构间的摩擦阻力。由于空调器的送风分为低风、中风和高风三档，同时又有制冷时的冷风和制热时的热风的区别。本实验的基本要求是实现运转正常；所谓运转正常首先是指是指运动时无卡阻，传动过程风叶摆动同步，连杆运转过中不发生跳跃，以及整个运转过程中无抖动，速度均匀有序。
4.3运动仿真传动正弦图
图d.机构仿真运动正弦图
从图d中可以看到，机构运动平滑，符合余弦的一个周期曲线。
5 矩阵函数
对该机构建立一阶矩阵Y=（A，B，C，X，T）T，通过函数参数A、B、C、X、T等赋值，可以计算得到该机构运动的轨迹数据。
6 小结
通过进行机构仿真运动分析，及时发现结构设计中存在的问题，并进行更正，同时优化结构。实际开模时，注意水口位置、筋位布置、顶针布置等，产品要检查缩水情况，避免影响机构传动部件。
本次室内天花嵌入式空调器导风机构设计经过实际验证，符合要求。对于初次试装后，启动电机运转时，出现有滑动摩擦噪声，经检查是在于传动轴位置传出，进一步检查后发现，由于十字杆和换向轮之间的过盈配合造成，对该部位涂抹固态锂基润滑油后，产生的噪声消失了。当然在十字杆和换向轮材料选择时选用耐磨的软硬材料（如POM、尼龙）结合也可以降低噪声。在实验室测试结果显示，除了出风、回风和内机电机运行产生的声音以外，没有异声，整体符合国家及行业标准要求；空调器导风机构运行平稳，长运测试显示，连续90天24小时运转，没有出现导风叶片断裂的现象，产品目前已经批量生产。
参考文献：
[1]家电科技.2013.08，《家电科技》杂志出版社
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[5]E.M.Mielnik，Metal Working Science and Engineering，McGraw-Hill，New York，1991.
论文作者:陶斯宏,姜义
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
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