黎优霞 姬小伟 王现林 陈志伟 陈英强

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519070

0 引言

随着热泵空调器[1-3]的推广与使用，在空调器使用过程中，用户对导风板的导风效果提出了更高的舒适性要求，例如：初始开机制热阶段：快速升温、全屋同时升温；稳定制热阶段：地毯式送风，避免直吹头部；关机时，无异响噪声，外观全闭合[4-5]等。

为了满足上述舒适性要求，各大热泵空调器制造商，采用大宽度导风板结构设计。进一步的，为了满足外观需求，即在各类运行工况下导风板变形小、外观稳定，该类导风板一般采用高强度的外金属/内塑料复合导风板结构，如图1所示。

图1 外金属/内塑料复合导风板示意图

另外，为了降低能耗和制造成本，一般1.5匹热泵空调器的导风板整体重量不超过500 g。因此，外金属/内塑料复合导风板的金属外导风板一般采用铝合金材料，通过挤出成型和冲压造型工艺[6]，进行零件生产制造，表面无卡接结构，与内导风板的组装需要借助胶粘剂。

除此之外，金属材质与空调器塑料面板之间存在较大外观差异，为了外观一致性，金属外导风板需要进行外观喷涂处理；若为冷/暖双用空调器，金属外导风板可能引发凝露问题，需要进行保温处理，一般在其内表面粘贴海绵，或者在内、外导风板搭接处密封处理。

综上所述，热泵空调器急需一种成型工艺简单且可靠性高的导风板。

1 全塑导风板

本文设计了一种全塑料导风板，内、外导风板均采用热塑性材料注塑成型，且内、外导风板通过卡扣连接，在保证导风板组件的导风性能的前提下，降低整体质量，提高生产效率。

1.1 Creo建模

在Creo中，对导风板进行三维建模，其结构示意图如图2所示。

图2 全塑导风板Croe建模界面结构示意图

建模过程中，全塑导风板中的外导风板，保留原有外金属/内塑料复合导风板的金属外导风板的形线，保证外观的一致性；塑料外导风板的主体料厚由1 mm增加至2.5 mm，便于零件注塑成型；局部设计卡扣，与内导风板限位及装配，替代外金属/内塑料复合导风板边缘粘贴4条宽度为2 mm的3M胶带的工序，提高生产效率。

由于全塑导风板中的外导风板由金属替换成塑料，刚度下降，为弥补该问题，加强导风板结构，如图3所示，在不影响导流效果的情况下，增加内导风板弧度，以及加强筋高度和宽度。

图3 全塑导风板结构二维图

1.2 导风板基本数据情况

对比外金属/内塑料复合导风板材料刚度选取全塑导风板材料，具体参数如表1所示。

表1 导风板材料信息

将上述信息导入Creo中对应零件，获取相应质量和重心信息。相关参数如表2所示。

表2 导风板质量和重心信息

2 结构强度对比

根据导风板结构特性，简化模型（去除内导风板端部鹰钩和十字槽结构，仅保留2 mm高的凸台），利用力学仿真软件，对导风板在自身重力作用下的变形量进行有限元仿真分析。

简化模型网格划分后，约束凸台6个方向的自由度（模拟零件悬挂方式），在重力场作用下（其中，g为重力加速度，取值9.8 N/kg），对比两类导风板的变形量，从而判定两种导风板结构强度。

导风板的约束方式及变形仿真变形量如表3所示，具体仿真分析云图结果如图4和图5所示。

图5 全塑导风板仿真分析云图

表3 结构强度仿真分析变形量

图4 外金属/内塑料复合导风板仿真分析云图

3 驱动力矩计算

热泵空调器导风板的驱动力主要来源于两方面：①导风板打开、关闭的驱动，由空调器两侧的齿轮箱以及连杆结构共同驱动，驱动力足；②以鹰钩和十字槽结构的连线为轴，进行的导风板翻转运动，主要用于不同角度导风，且十字槽端的电机结构装配空间较小，只能使用驱动力较小的电机。因此，在进行导风板设计时，需要针对第二类驱动力的力矩进行计算和对比。

两类导风板组件的整体外形，以及与热泵空调器的其他组件的装配方式和装配位置保持一致性，即内导风板上的鹰钩和十字槽结构保持设计一致性，且由相同的电机结构驱动。

3.1 简化计算方法介绍

为了简化计算，利用“力对点的矩”[7-8]的计算方法，根据Creo中的各零部件的位置关进行计算。

“力对点的矩”计算方法如下：

其中，0代表矩心；F为作用力；d为力臂；±代表方向。

根据导风板的运动状况，为了简化力矩计算过程，忽略摩擦力和导风板长度，且做如下假设：

（1）作用力F为导风板所受重力，即：

其中，M为导风板质量；g为重力加速度，取值9.8 N/kg。

（2）十字槽结构处的电机驱动导风板转动过程中，力臂d是不断发生变化；当力臂d最大时，导风板重心与电机轴心连线，与重力方向垂直，如图6所示。

图6 导风板运动过程示意图

3.2 力臂d最大值

在Creo中，根据图6，以导风板重心运动轨迹为参考面，做电机转轴和导风板的横截面，此时，导风板重心与电机转动轴心连线的长度即为力臂d的最大值。

根据表2的重心位置信息，在Creo中，利用草绘功能，确认导风板重心与电机转轴连线，并测量长度，获取力臂d最大值。如图7所示。

图7 Creo草绘计算导风板力臂最大值（单位：mm）

由图7可知，外金属/内塑料复合导风板和全塑导风板的力臂最大值分别为15.8 mm和14.2 mm。

3.3 驱动力矩结果

将图7导风板力臂值和表2导风板质量，带入公式（1）和（2），分别计算驱动力矩值。

经过计算，外金属/内塑料复合导风板驱动力矩值为72.31 N•mm；全塑导风板驱动力矩值为63.87 N•mm，降低11.7%。

4 装配效率计算

根据样件的实际装配情况，进行导风板装配流程图绘制，具体情况如图8和图9所示，具体对比情况如表4所示。

图8 外金属/内塑料复合导风板装配流程图

图9 全塑导风板装配流程图

表4 两种导风板装配流程对比表

全塑导风板利用内外塑料导风板上定位和限位卡扣进行装配，由图6和图7可知，相比外金属/内塑料复合导风板的装配流程图，全塑导风板的装配流程图较为简单，部件、辅助工装和装配步骤数量均有所下降。

5 结论

利用Creo全新设计的热泵空调器全塑导风板，结构强度和运动可靠性满足设计需求，目前已量产。与外金属/内塑料复合导风板相比，全塑导风板具有如下优势：

（1）在保证导风板导风效果的前提下设计的全塑导风板，其重量与外金属/内塑料复合导风板相当，重力作用下的变形量控制在0.5 mm以内，整体刚度满足设计需求；驱动力矩下降11.7%，节能性和可靠性提高。

（2）全塑导风板利用内外塑料导风板上定位和限位卡扣进行装配，相较于需要依靠粘胶剂的外金属/内塑料复合导风板，部件数量减少67%，无需辅助工装，装配步骤减少56%，整体装配效率提高50%以上。