亢勝利 李潤(rùn)晗 李威

摘要：汽車出風(fēng)口是汽車內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)的重要功能件，它對(duì)車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)和乘坐人員的感官舒適性有著直接的影響。本文以出風(fēng)口的零件符合性、裝配工藝特性以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)作為分析導(dǎo)向，分析出可能造成出風(fēng)口風(fēng)向調(diào)節(jié)失效的關(guān)鍵要素，并且針對(duì)此影響因素制定出相應(yīng)的解決方案，同時(shí)進(jìn)行方案驗(yàn)證，確認(rèn)方案的可行性，從而歸納出風(fēng)口葉片和撥鈕的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，為后續(xù)項(xiàng)目出風(fēng)口的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：出風(fēng)口;失效;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463.83+8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005.2550（2020）04-0037-06

亢勝利

畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學(xué)院車輛工程專業(yè)，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，任主管工程師，主要研究方向?yàn)槠囓嚿韮x表板系統(tǒng)設(shè)計(jì)，已獲得多項(xiàng)發(fā)明和實(shí)用新型專利。

汽車出風(fēng)口做為汽車內(nèi)部重要的功能件，是汽車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的終端零部件，汽車出風(fēng)口一般由出風(fēng)口面板、殼體、風(fēng)門、撥輪、撥鈕、連桿、葉片等部件組成;其主要作用是：將經(jīng)過處理（溫度調(diào)節(jié)，濕度調(diào)節(jié)，凈化）的氣流送到汽車駕駛艙內(nèi)，以完成駕駛艙內(nèi)通風(fēng)，制冷，加熱和空氣凈化。出風(fēng)口主要安裝在儀表板外觀面上，并且作為汽車儀表板系統(tǒng)中的重要組成部分，它的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的過程;因其功能部件的屬性，出風(fēng)口的設(shè)計(jì)一直偏向于功能件廠家對(duì)風(fēng)門、葉片、撥鈕等進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，而主機(jī)廠對(duì)其整體布置的設(shè)計(jì)要求和總成驗(yàn)證方法的研究相對(duì)薄弱，亦很難查詢到此方面的相關(guān)準(zhǔn)則。

本文以實(shí)例化車型的出風(fēng)口為例，針對(duì)出風(fēng)口風(fēng)向調(diào)節(jié)失效故障，從產(chǎn)品生產(chǎn)、裝配工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面來解析出風(fēng)口失效的原因，并提出最終的解決方案，為后續(xù)提升出風(fēng)口結(jié)構(gòu)的可靠性與穩(wěn)定性提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

1格柵式出風(fēng)口組成結(jié)構(gòu)

儀表板作為最復(fù)雜的內(nèi)飾零件，集成了空調(diào)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、影音娛樂系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等零件，布置空間緊湊。根據(jù)空間布置要求及造型風(fēng)格要求，出風(fēng)口通常有圓形、方形、異型等三種類型（如圖1上圖）。

一般格柵式出風(fēng)口由出風(fēng)口殼體、第一層葉片、第二層葉片、風(fēng)門、撥鈕、撥輪、連桿構(gòu)成（如圖1下圖），其中第一層葉片、第二層葉片分別通過撥鈕調(diào)節(jié)上下、左右四個(gè)方向的吹風(fēng)方向，撥輪通過連桿控制風(fēng)門的開啟和關(guān)閉來調(diào)節(jié)出風(fēng)量的大小。

圖1常見的出風(fēng)口示意圖及格柵式出風(fēng)口爆炸圖

2出風(fēng)口失效形式及原因分析

2.1出風(fēng)口失效模式及主要故障原因

根據(jù)出風(fēng)口問題經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，常見的出風(fēng)口失效模式主要包括風(fēng)向無法調(diào)節(jié)和風(fēng)量無法調(diào)節(jié)兩個(gè)方面：

1、風(fēng)向調(diào)節(jié)失效分析：一般出風(fēng)口的風(fēng)向調(diào)節(jié)是由撥鈕連動(dòng)撥叉從而從之第一排和第二排葉片的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)風(fēng)向調(diào)節(jié)，因此出風(fēng)口風(fēng)向調(diào)節(jié)失效的原因主要由撥鈕或撥叉脫落、斷裂、卡滯，或者葉片與連桿連接部位某處斷裂、松脫、卡滯所導(dǎo)致的。

2、風(fēng)量調(diào)節(jié)失效分析：一般出風(fēng)口風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過撥輪連動(dòng)撥桿來控制風(fēng)門開閉量的大小從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)出風(fēng)量的大小，因此影響風(fēng)量調(diào)節(jié)的主要因素一般為撥輪或風(fēng)門連桿斷裂、脫落，撥輪或風(fēng)門卡滯、變形、松脫。

通過對(duì)某車型的出風(fēng)口故障模式及失效形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分類，分析結(jié)果如圖2，從圖中可以看出中央出風(fēng)口的故障數(shù)遠(yuǎn)高于其他出風(fēng)口，占故障比例的60%以上。

下面將主要針對(duì)中央出風(fēng)口風(fēng)向無法調(diào)節(jié)的故障模式進(jìn)行分析及設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.2出風(fēng)口失效問題解析方向

對(duì)故障出風(fēng)口的分析，按照零件符合性、裝配合理性、設(shè)計(jì)合理性三個(gè)導(dǎo)向逐一進(jìn)行分析核查。

（1）零件符合性：將實(shí)物失效區(qū)域的實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)是否存在實(shí)物尺寸與設(shè)計(jì)尺寸不符合的情況。

（2）裝配合理性：對(duì)裝配順序和裝配方法進(jìn)行校核，確認(rèn)裝配過程中是否有可能引發(fā)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)。

（3）設(shè)計(jì)合理陛：從設(shè)計(jì)源頭出發(fā)，逐一校核各關(guān)鍵參數(shù)尺寸設(shè)計(jì)的合理性，是否存在因設(shè)計(jì)不合理而可能引發(fā)的質(zhì)量問題。

2.3出風(fēng)口風(fēng)向無法調(diào)節(jié)問題解析

（1）出風(fēng)口撥鈕、撥叉脫落

圖3為中央出風(fēng)口撥鈕失效案例，葉片上的撥鈕脫落導(dǎo)致出風(fēng)口風(fēng)向調(diào)節(jié)功能完全失效。該車型出風(fēng)口撥鈕由于造型和裝配原因必須采用分體式撥鈕，它主要包括撥鈕和撥鈕蓋兩個(gè)零件。右圖中撥鈕的四個(gè)塑料卡扣全部斷裂是撥鈕脫落的主要原因。

（2）第一層葉片脫出

圖4中中央出風(fēng)口其中一根葉片的一端從固定孔脫出，當(dāng)調(diào)節(jié)撥鈕左右撥動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致葉片無法正常旋轉(zhuǎn)。

2.3.1原因分析

（1）實(shí)物產(chǎn)品一致性檢查

通過對(duì)撥鈕和撥鈕蓋實(shí)物尺寸進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量的尺寸與設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行對(duì)比，排查撥鈕蓋與撥鈕的實(shí)物配合尺寸與設(shè)計(jì)尺寸是否存在偏差，通過對(duì)現(xiàn)品及4s店返品尺寸的測(cè)量，現(xiàn)品撥鈕蓋開孔和撥鈕塑料卡扣尺寸都滿足零件尺寸公差要求蓋開孔和撥鈕塑料卡扣尺寸都滿足零件尺寸公差要求，檢驗(yàn)合格（如表1所示），確認(rèn)產(chǎn)品一致性不存在問題。撥鈕與撥鈕蓋配合尺寸的是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求是決定此兩個(gè)零件配合好壞的關(guān)鍵要素。

（2）裝配合理性分析

通過核查出風(fēng)口供應(yīng)商撥鈕和撥鈕蓋裝配，發(fā)現(xiàn)兩者之間裝配時(shí)有工裝設(shè)備（如圖5-左圖），把撥鈕和撥鈕蓋板分別放到上、下工裝夾具里，放置完成后通過工裝設(shè)備完成了撥鈕和撥鈕蓋板的裝配，夾具和工裝設(shè)備精確度都有可能引起撥鈕和撥鈕蓋的配合失效，從而導(dǎo)致出風(fēng)口出風(fēng)調(diào)節(jié)失效。同時(shí)在零件裝配完成下線后，要通過質(zhì)檢員的目測(cè)和實(shí)物撥動(dòng)操作來判斷撥鈕和撥鈕蓋板是否裝配到位，如果質(zhì)檢員漏檢，同樣可能導(dǎo)致出風(fēng)口風(fēng)向調(diào)節(jié)失效的問題（圖5右圖為漏檢出風(fēng)口撥鈕和撥鈕蓋板裝配失效案例）。

（3）設(shè)計(jì)合理性檢查

根據(jù)圖2出風(fēng)口風(fēng)向無法調(diào)節(jié)的原因分析，通過競(jìng)品分析，對(duì)出風(fēng)口相關(guān)零件各個(gè)部位結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，建立了三個(gè)重要零件故障的主要原因分析表，表2所示：

表3為出風(fēng)口撥鈕存在的問題，主要集中在撥鈕卡扣上，通過與競(jìng)品分析發(fā)現(xiàn)，撥鈕塑料卡扣料厚薄、寬度窄，且沒有考慮卡接重疊量和裝配導(dǎo)向。撥鈕塑料卡扣實(shí)物產(chǎn)品結(jié)構(gòu)偏弱，當(dāng)反復(fù)裝配或進(jìn)行疲勞試驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)致塑料卡扣失效從而脫落或斷裂，這些問題反映了撥鈕卡扣設(shè)計(jì)存在缺陷。

表4為出風(fēng)口撥叉存在的問題，對(duì)于撥叉軸Q孔，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，出風(fēng)口供應(yīng)商由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，撥叉軸對(duì)應(yīng)的Ω孔偏多。雖然Ω孔裝配容易，但與撥叉軸干涉量很難控制，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)撥叉裝配失效的問題，該車型反應(yīng)出的Ω孔撥叉軸裝配過盈量不足從而引發(fā)的撥叉裝配失效問題為此種設(shè)計(jì)缺陷的典型案例。對(duì)于撥叉軸，通過實(shí)物和競(jìng)品對(duì)比，發(fā)現(xiàn)撥叉失效主要集中在撥叉直徑偏小以及撥叉軸強(qiáng)度偏弱。

表5為出風(fēng)口葉片存在的問題，主要體現(xiàn)在出風(fēng)口葉片軸尺寸偏小、葉片限位布置以及葉片軸對(duì)應(yīng)的安裝孔設(shè)計(jì)存在缺陷，這些問題導(dǎo)致設(shè)計(jì)缺陷。

2.3.2解決方案

針對(duì)裝配合理性的問題，可以通過如下方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)：

措施一：對(duì)庫存的所有出風(fēng)口進(jìn)行全檢，檢查出風(fēng)口各個(gè)零部件是否存在裝配失效;

措施二：調(diào)整出風(fēng)口各個(gè)零部件工裝，保證出風(fēng)口各個(gè)零部件能夠裝配到位;

措施三：修改作業(yè)指導(dǎo)書，將出風(fēng)口的裝配失效檢查納入零部件的作業(yè)指導(dǎo)書中;

措施四：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝配人員進(jìn)行作業(yè)指導(dǎo)培訓(xùn)。

針對(duì)設(shè)計(jì)合理性問題，根據(jù)上述原因分析，為系統(tǒng)解決出風(fēng)口風(fēng)向無法調(diào)節(jié)的問題，逐一進(jìn)行參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，如表6所示：

2.4實(shí)施驗(yàn)證

根據(jù)設(shè)計(jì)方面檢查出來的問題進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)出風(fēng)口模具進(jìn)行修模嘲。修模完成后，從改良樣件（包括中左和中右兩個(gè)出風(fēng)口）中分別取出10個(gè)樣品進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測(cè)，利用拉力計(jì)對(duì)出風(fēng)口撥鈕和葉片進(jìn)行疲勞耐久、耐特大力度和耐破壞力等進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

通過對(duì)出風(fēng)口撥鈕和葉片進(jìn)行耐特大力試驗(yàn)，送檢樣品外觀和功能完好（如圖6-左下圖），滿足出風(fēng)口耐特大力的試驗(yàn)要求。

為了防止人為誤操作損壞出風(fēng)口，出風(fēng)口供應(yīng)商同時(shí)增加了出風(fēng)口撥鈕蓋板與撥鈕脫落耐破壞力的試驗(yàn)（如圖6一右下圖）。試驗(yàn)過程統(tǒng)計(jì)了20組試驗(yàn)數(shù)據(jù)（如表7所示），得到了出風(fēng)口撥鈕的耐破壞力的范圍為200-260N，其冗余量超出了出風(fēng)口試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的2倍，由此證實(shí)了出風(fēng)口功能的可靠性。

完成了裝配工藝和設(shè)計(jì)方案優(yōu)化后，產(chǎn)品上市6個(gè)月后，出風(fēng)口撥鈕、葉片脫落、斷裂、卡滯等問題得到了極大地改善，證明了技術(shù)改進(jìn)方案的有效性。

3結(jié)論

本文通過理論分析和實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量確定了出風(fēng)口風(fēng)向調(diào)節(jié)失效的原因，進(jìn)而對(duì)出風(fēng)口結(jié)構(gòu)和裝配工藝進(jìn)行優(yōu)化，并取得了良好的改善效果，市場(chǎng)上出風(fēng)口故障率下降到了萬分之一以下。通過此次問題的解決，形成了一套完整的出風(fēng)口故障解析流程，建立了出風(fēng)口設(shè)計(jì)指南，制定了出風(fēng)口檢查一元表和再發(fā)防止清單，同時(shí)協(xié)助供應(yīng)商制定了出風(fēng)口生產(chǎn)工藝檢查清單，這樣提高了后期項(xiàng)目產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。同時(shí)，可以破除供應(yīng)商對(duì)出風(fēng)口設(shè)計(jì)壟斷的技術(shù)壁壘，對(duì)主機(jī)廠出風(fēng)口的自主設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)有很大指導(dǎo)意義。