仪表板出风口结构设计规范

出风口的结构设计

目录

1. 出风口的总布置要求 ........................................................ 3

1.1 1.2

概述 ................................................................... 3

出风口对气流方向的控制 ................................................. 3

1.2.1 出风口对气流的纵向调节: .............................................. 4 1.2.1.1 输入条件 ........................................................ 4 1.2.1.2 向上吹风角度 .................................................... 5 1.2.1.3 向下吹风角度 .................................................... 5 1.2.1.4 Nominal位置 ..................................................... 5 1.2.1.5 通用体系中的纵向吹风要求 ........................................ 5 1.2.2 出风口对气流的横向调节 ............................................... 6 1.2.2.1 输入条件 ........................................................ 7 1.2.2.2 横向调节要求 .................................................... 7 1.2.2.3 宽车的特殊性要求 ................................................ 7 1.2.3 出风角度分析与实际情况相悖的情况。 ................................... 7 1.2.3.1 窄口造成的吹风角度异常 .......................................... 7 1.2.3.2 柯恩达效应 ...................................................... 8 风量要求 ............................................................... 9 1.3.1.1 有效出风面积的定义 .............................................. 9 1.3.1.2 极限位置下的有效出风面积要求 .................................... 9

1.3

2 运动机构设计 ............................................................. 10

2.1 2.2

概述 .................................................................. 10

铰链四杆机构的设计 .................................................... 10 2.2.1 压力角与传动角 ...................................................... 12 2.2.2 死点 ................................................................ 12 2.2.3 四铰链机构的布置 .................................................... 13 摆动导杆机构的设计 .................................................... 17 2.3.1 摆动导杆机构的布置 .................................................. 18 2.3.2 制造死点 ............................................................ 18 齿轮机构的设计 ........................................................ 19 2.4.1 圆柱直齿轮机构的初步设计 ............................................ 19 2.4.2 模数的选择 .......................................................... 20 2.4.3 柔性结构 ............................................................ 20 双风门控制机构 ........................................................ 20 2.5.1 双风门机构的基本形态 ................................................ 21 2.5.2 双风门控制机构的设计 ................................................ 21 拨轮转轴与风门转轴呈角度时的机构设计 .................................. 23 2.6.1 拨轮转轴与风门转轴同平面呈角度 ...................................... 23

2.3

2.4

2.5

2.6

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2.6.2 拨轮转轴与风门转轴异面呈角度 ........................................ 23

2.7

3

全封闭出风口的风门控制机构 ............................................ 24

零部件设计 ............................................................... 26

3.1

拨轮设计 .............................................................. 26 3.1.1 拨轮的基本尺寸要求 .................................................. 26 3.1.2 拨轮的形状。 ........................................................ 26 3.1.3 拨轮的定位与紧固 .................................................... 27 拨钮设计 .............................................................. 29 3.2.1 拨钮的一般要求 ...................................................... 29 3.2.2 拨钮的结构类型 ...................................................... 30 叶片的设计 ............................................................ 31 3.3.1 叶片的一般要求 ...................................................... 31 3.3.2 叶片的排布 .......................................................... 32 3.3.3 叶片的定位 .......................................................... 33 3.3.4 叶片的强度 .......................................................... 34

风门设计 .............................................................. 36

3.2

3.3

3.4

4

手感控制结构 ............................................................. 38

4.1 4.2 4.3 4.4

5

拨轮的拨动手感 ........................................................ 38 拨钮的滑动手感 ........................................................ 39 拨钮的旋转手感 ........................................................ 40 拨轮的表面处理 ........................................................ 41

结束语 ................................................................... 43

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1. 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从属于内饰设计，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，使自己达到一个舒适的状态，因此风向的调节范围，应当是能够覆盖人体，并能够达到人体外侧的空间，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服务的对象。

出风口的布置，应当注意避免被其他零件阻挡，主要是仪表罩，方向盘的影响，同时也应当注意避免直吹驾驶员的手部，造成手部的不适影响驾驶。

1.2 出风口对气流方向的控制 关于这一部分内容，基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。

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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

1.2.1.1 输入条件

5，○9，做分析的时候，h点位置应当取座椅最前置状态下的位如标记○

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。

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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

2），需要说明的是，这个仅仅是最小要与眼椭圆上沿相切的切线（如标记○

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

1），是要求其方向向上转动5度。日产的要求和伟世通还有所不同（如标记○

远离眼椭圆150mm。事实上这两个数值反应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

3所示，中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○

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较多，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，需要增加辅助出风口。

1.2.1.4 Nominal位置

7所示，他表示的是出风口处于最大吹风量时的角度（即叶片与出如标记○

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，向下要求能够达到第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。

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图 1-2 侧视图, 气流方向的最小上下调节（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

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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。

3所示的450mm是伟世侧出风口要求向外侧能够吹到人体外的部分（图中○

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基本是一致的，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，但是重卡往往要达到2米左右，由于造型原因，有些卡车的出风口仍然布置在靠近车宽中线的位置，导致出风口如果要按照前面所说的要求，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，我们尽可能要将出风口的位置向驾驶员（副驾驶员）方向靠拢，让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，个人怀疑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，需要规避开口处的阻挡，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。

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图 1-4

1.2.3.2 柯恩达效应

柯恩达效应是指沿物体表面的高速气流在拐角处能附于表面的现象，这种效应如果出现在我们的导风角度范围内，将使导风失效。如下图1-5，所示当出风口吹出的风向与拐角处的表面呈较小角度时，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。

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1.3 风量要求 1.3.1.1

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表面的开口大小，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达到3870-4516mm2，小型车则需要达到3225-3870mm2，长或宽的尺寸不能小于44.5mm。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较小。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，我们并不能达到这样一个尺寸要求，如果不会造成很大的压力损失，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1.3.1和1.3.2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达到最大出风面积的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，则如图1-8，如果在风道入口处加沿着 的几片导向叶片，则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的计算为依据比较可靠，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，计算结果也是比较可靠的，如果有相

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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较即可。

图 1-8

2 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，传动链都比较短，基本由连杆，带槽连杆，齿轮三种简单零件构成。出风口的功能体现在风向的调节，风门的开闭上，因此相应的机构基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-风门的控制机构，叶片控制机构由于涉及到的零件更少，往往就是两个零件之间的配合，将合并到叶片与拨钮的零件设计中阐述。

2.2 铰链四杆机构的设计 铰链四杆机构（如图2-1）是最常见的拨轮－连杆－风门控制机构，其结构比较简单，应用最为广泛。

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图2-1

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2.2.1 压力角与传动角

图 2-2

如图2-2所示，若不考虑构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦力等影响，则主动件AB上的驱动力通过连杆BC传给输出件CD的力F是沿BC方向作用的。现将力沿受力点C的速度Vc方向和垂直于此方向分解，得到有效分力F2和有害分力F1。因此，为使机构传力效果良好，显然应使F2愈大愈好，即要求角a愈小愈好．理想情况是a＝0最坏的情况a＝90。a是反映机构传力效果好坏的一个重要参数，一般称它为机构的压力角。

传动角：压力角的余角γ称为传动角，在平面四杆机构中用γ值来检验机构的传力效果更为方便。γ的值愈大愈好，由于机构在运转过程中，传动角γ值是随机构的位置不同而变化的，为保证机构的传力效果，应使传动角的最小值γ大于或等于其许用值[γ]，一般机械中，推荐[γ ]＝40一50。

2.2.2 死点

图 2-3

如图2-2所示，假设AB为驱动杆，CD为被驱动杆，当连杆BC与被驱动杆呈一直线时，传动角为0，此时无论驱动杆AB上施加多大的力，CD都不会被驱动，此状态被称为死点，在设计中必须避免这个死点。需要注意的是，由于零件的制造精度及受力变形等因素，运动也需要避免接近死点5-10度的范围。如果在风门关闭或完全开启位置时，由于空间原因，连杆的布置必须很靠近死点

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位置，则必须对此状态作限位，避免杆件由于惯性作用或变形进入死点作用范围，造成锁死。

对于出风口来说，风门在全开全闭状态下，应当有锁止机构防止其受气流或震动原因造成状态改变。我们可以利用死点来锁定其中的一个状态。即风门处的连杆当作驱动杆，拨轮作为被驱动杆，让拨轮轴心与连杆呈一直线，此时如果有外力推动风门，由于机构的传动角为0，机构锁死，达到保持状态的目的。而我们实际操作，拨动拨轮时，拨轮作为驱动杆，机构反向驱动，不再锁死。

2.2.3 四铰链机构的布置

出风口的拨轮-连杆-风门传动机构采用四铰链机构的话，一般来说只要注意传动角和死点，采用较大的传动角，避免死点区域即可。我的布置方法是这样的。

1/ 确定输入条件，拨轮转轴与风门转轴的轴距，风门开闭的转动角度，拨轮的转动角度（如果拨轮上带有指示开闭状态的标记，需要注意拨轮的整个转动范围不得让此标记转到面板下）。本例假定轴距100，拨轮转动65度，风门转动范围80度。

2/ 见图2-4 在草图中作出转轴位置，并暂定驱动杆杆长为40（一般来说驱动杆的杆长基本与拨轮半径接近），暂定一个初始和最终的驱动杆位置。

图 2-4

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3/ 见图2-5 假设连杆杆长65，以驱动杆的两个铰接点作半径为65的圆（黄圈），以风门转轴为圆心作任意圆与前两个圆相交。

图 2-5

4/ 见图2-6 作两线段（紫色线段）连接风门转轴与两个交点，并约束两线段间的角度关系。

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图 2-6

5/ 见图2-7 更改两线段间的角度为我们实际的风门转动角度80度。作出连杆（红色险段）这个时候我们可以得到一个理论上可行的四铰链机构。检查一下是否有经过死点，行程是否会有连杆摆动范围过大超出出风口范围等。很显然下图的轨迹经过了死点，不可行。

图 2-7

6/ 调整：见图2-8，我们的调整手段主要有调整连杆长度，转动驱动杆的起始角度。在这里我将连杆长度调整到75（即黄色圆的半径调整到75）。这个时候在去检查发现基本符合要求。

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图 2-8

7/ 优化：见图2-9，检查起点与终点的传动角，分别为22.5与49.5，最大压力角出现在运动过程中。虽然说作为传动力矩较小的机构，20度左右的传动角也是可以接受的，但是为了更优化整个传动过程，我们可以作进一步调整。方法是调整驱动杆原始位置角度，直到两压力角接近，如图2-10，即为调整到起始传动角均为36度的情况，整个机构的传动角范围在36-90-36的范围内波动。

图 2-9

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图 2-10

8/ 再优化。一般来说，达到2-12的效果基本可以满足要求了，如果我们希望压力角全程大于40度，风门机构能够反向自锁，或者2-12压力角调整完毕后被驱动杆的长度过小需要加长时，可以进行进一步的调整。调整手段无外乎调整连杆长度（即之前黄圈的半径）或者调整驱动杆的半径（前面我们都没有对此进行调整，因为可调项比较多，一般来说不需要再更改初定得驱动杆半径，当然如果有需要也是可以调整的），然后再调整驱动杆的起始位置（如果需要风门反向自锁的话，将自锁位置的驱动杆与连杆调整到一直线即可）。

上面介绍的只是我采用的方法，我相信一定有更好的办法去计算和布置四铰链机构。

2.3 摆动导杆机构的设计 摆动导杆机构也是一种非常常见的传动机构。它比四铰链机构少了一个中间零件，使它整个传动过程更为稳定简单，运动过程中没有锁死点，但是受到拨轮轴线与风门轴线的，当两轴线间距较大且转动角度较大时，会使其旋转轨迹占用较大的空间，往往会受到空间的影响，无法布置！

图 2-11

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2.3.1 摆动导杆机构的布置

摆动导杆机构的布置比较简单，不需要考虑死点等问题，只要注意导杆的有效区域（对应在零件中即为连杆中的开槽）满足拨轮与风门连杆的行程即可。

对于摆动导杆机构来说，随着驱动杆角度的变化，驱动杆运动所需的操作力是不断变化的，为了让操作力的变化不是很剧烈，建议风门与壳体的配合处摩擦力要尽可能减小，这样可以使驱动杆所需的操作力绝大部分由拨轮与壳体配合的摩擦力提供，这样会使整个操作过程感觉施力更加均匀，手感更好。

事实上任何四连杆传动机构，都推荐尽可能将驱动件以外的提供反作用力的环节造成的效果尽可能削弱，对驱动力形成阻滞的因素绝大部分做在驱动杆上，这样才能够获得稳定的操作力效果。

2.3.2 制造死点

摆动导杆机构在行程内是没有死点的，但是可以通过改变滑槽的曲线，人为的制造一个死点，用于风门的锁止。

如图2-12所示，AC杆逆时针运动可以顺利的进入BC段，到达B点后，滑槽结束，进入风门锁止状态，AC杆无法再逆时针运动，这个时候如果风门受到逆向力，试图让CD杆逆时针旋转，滑块对AB杆施加的力会将AB杆向逆时针方向推动，造成锁死，达到效果。

图2-12

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2.4 齿轮机构的设计 齿轮啮合是最平稳的传动机构，在整个运动过程中都可以保证力的均匀性，能够获得最佳的手感！缺点是可能会造成成本的上升，其制造精度要求也会比较大。

图2-13

2.4.1 圆柱直齿轮机构的初步设计

一般来说，应用在出风口上的齿轮结构均为圆柱直齿轮，如图2-14。从设计角度来说，先确定拨轮与风门的转动角度范围，即为两齿轮的转动角度。AO1B与CO2D两角度与两齿轮的半径O1B、O2D成反比，O1A、O2C之和为风门转轴与拨轮转轴的间距。从而可以推出两齿轮的半径，这个时候只要再选定一个标准模数就可以完成初步设计了。

图 2-14

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2.4.2 模数的选择

从理论上来说，我们选择任意的模数都可以完成齿轮的传动，但是事实上由于我们出风口的齿轮传动范围并非全齿旋转，一般希望齿轮传动在两个终点位置时啮合处的状态是一个齿高刚好插入到对手齿轮的齿根处，而不是某个中间状态。因此需要将模数与出风口拨轮与风门的旋转行程进行重新配比。

从理论上来说模数选的越小，单齿转动角度越小，配比将更为容易。但是过小的模数会造成对制造精度的要求更高，机构容易失效，因此这个数值是需要进行公差分析后再定义的。

2.4.3 柔性结构

齿轮啮合是高精度的传动方式，零件如果尺寸偏差过大，很容易造成脱齿，卡死等不良结果。在出风口中，我们不可能采用高精度的金属齿轮，一般都采用塑料注塑成型的齿轮，因此为了防止精度不够造成的机构失效，推荐在齿轮上做出一定的柔性弱化结构，图2-13的实例即为两齿轮均作了柔性结构，如果采用齿轮传动，建议至少在一处齿轮上做出类似结构。

2.5 双风门控制机构 在出风口壳体形状比较狭长的情况下，如果拨轮刚好布置在较长边的一侧，这时风门有两种布置方法，一是传统的将风门转轴同样布置在垂直于较长边的方向，一是布置在较窄一侧。如果是第一种情况，风门的打开状态将占用非常大的空间，这个时候我们可以考虑采用双风门，本节将介绍一下控制双风门的机构如图2-15。如果是第二种情况，由于拨轮与风门不再同轴，需要采用空间传动机构来进行传动，这部分内容将放在下一节进行介绍。

图2-15

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2.5.1 双风门机构的基本形态

图2-16

如图2-16，双风门机构是一套四铰链机构与摆动导杆机构的组合，导杆EF与连杆BC为一体，驱动摆杆OG，通过滑块传递力给连杆BC，再通过连杆BC驱动AB与CD杆，完成整个传动过程。

2.5.2 双风门控制机构的设计

有了四铰链机构和摆动导杆机构的设计经验，设计双风门控制机构就非常简单了。

1/ 首先布置ABCD这套铰链机构，虽然说理论上来说只要任意布置AB，BC，CD三杆的长度都可以实现机构的运转，但是为了获得更稳定的传动效果，建议布置成如图2-16所示意的平行四边形，这样一个状态下，两个被驱动杆，AB、CD的传动角始终是一致的。

2/ 为了获得最佳的传动效果，我们可以把风门转过一半角度时的AB、CD杆与连杆BC垂直，获取最大的传动角90度，然后根据周边零件对两杆转动范围的，暂定一个杆长。

3/ AB CD杆长确定后，导杆EF的左右运动行程也已经确定，在草图上作出EF杆的两个极限位置（黄色与紫色铅垂线），过拨轮的圆心作任意圆与两线相交，做圆心到交点的连线（红线）并约束两线段间的夹角。

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图 2-17

4/ 更改夹角的值为拨轮实际转动角度，我们可以获取一个理论上的OE杆长度，如下图2-18所示，机构虽然理论上可行，但是导杆区域太长，不满足要求。

图 2-18

5/ 优化：类似于前面的四铰链机构布置，我们对AB、CD杆的杆长重新进行调整，很快就可以获得合适的机构。

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2.6 拨轮转轴与风门转轴呈角度时的机构设计 我们前面所介绍的五种机构，都属于平面运动机构，但是在实际上，很多时候拨轮与风门转轴会呈一定的角度，这个时候机构的选择会有所变化。

2.6.1 拨轮转轴与风门转轴同平面呈角度

在拨轮转轴与风门转轴同平面呈角度的时候，我们仍可以采用平面机构的布置方法。

图 2-19

摆动导杆机构是最为简单的，直接将风门连杆的两个极限位置投影到拨轮连杆的运动平面，进行平面上的摆动导杆机构分析，分析完毕后转换回原平面就可以了。

四铰链机构相对复杂一点，两轴夹角较小的情况下，我们仍然可以将风门连杆投影到拨轮所在平面进行分析，分析后重新转换过去。由于四铰链机构连杆都是相互铰接的，转换以后风门的转动范围肯定与原先设定的有所变化，但是由于两轴夹角较小，这种变化比较轻微，我们只要在空间上重新微调风门处的被驱动杆的长度，就可以得到正确的结果了。

对于夹角较大的情况，四铰链机构的布置就相对复杂了，推荐使用摆动导杆机构。所幸一般来说拨轮与风门的转轴夹角都不会很大，碰到这种情况的几率非常小。

2.6.2 拨轮转轴与风门转轴异面呈角度

如图2-20 一般来说，我们不推荐这种设计，这样会让机构会的复杂性大大增加，虽然理论上的传动链是可行的，但是操作力的控制，零件精度的要求会更高。

图 2-20

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下面介绍一种拨轮转轴与风门转轴异面垂直情况下的机构。如图2-21，是机构的展开图

图 2-21

图中的机构是两套导杆机构的组合，通过摆动导杆机构将AB的旋转转化为BC杆的旋转，带动滑块F在ED导杆上滑动，通过滑块F的滑动，再带动GF杆旋转，实现整个传动过程。

这套简图对应实际的物理模型，AB杆为拨轮处的驱动杆，滑块B表现为在FC杆上的一段开槽，滑块F对应的是 GF杆上的一段开槽，DE为虚拟导杆，实际模型中不存在，对应的是CF杆在GF杆上的开槽内的摆动。

我们注意到这套机构在AB段的传动角是非常小的，传动会比较费力，随着机构的运转，AB杆继续顺时针旋转时，传动角更小，CB段的力臂变得更小，机构将更加费力，因此一般不推荐采用此类方式。

事实上空间四铰链机构是完全可以实现类似的力传递的，但是模拟起来更加复杂一点，前面2.2.3介绍的平面四铰链机构的布置思路，只要通过软件转换到立体图形中，同样可以调整出一套合适的空间四铰链机构，在这里就不再进行讨论研究。

2.7 全封闭出风口的风门控制机构 全封闭出风口一般有叶片的转动与风门的传动均放在一个拨轮上与分开设置两种情况。如果分别控制，则其风门控制机构与普通出风口没有不同，如果集中控制，则相当于增加一条传动链，并对传动链进行分段控制。

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控制叶片的部分非常简单，如图2-22，在拨轮上设置一段与拨轮同轴的圆弧开槽，拨轮转转时，被驱动的叶片连杆传动轴在开槽轨迹内时，连杆不运动，当开槽的一侧贴住连杆传动轴后，连杆被驱动，连杆带动叶片转动。

图 2-22

控制风门的部分，本质上也是一套四铰链机构，只不过驱动杆变成了一条轨迹槽。见图2-23，当滑块在开槽A-B中滑动时，机构不运作（对应风门全开或全闭状态，另一条传动链调整叶片角度的状态），当滑块进入B-C段时，机构开始运作，风门被驱动。设计这条轨迹的时候，比较需要注意的是BC段的轨迹对于连杆的压力角尽可能保持平稳，从理论上去推论这条等压力角曲线会相对较为复杂，我们可以同过取点法，拟合出这条曲线。

图 2-23

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3 零部件设计

3.1 拨轮设计 本节着重与拨轮的基本尺寸，形状，定位与紧固。拨轮的操作力控制控制归并到第四章节，出风口的手感控制中说明。

3.1.1 拨轮的基本尺寸要求

拨轮高出a面一般控制在3mm左右，拨轮如果突出表面太少，手感会比较差，难以拨动。

拨轮厚度方向与开口的间距一般控制在0.5mm左右，转动方向可以放大到1mm。这主要是考虑外观需要。

拨轮的厚度一般定义在5-10之间，拨轮的半径一般应大于24mm。宽厚和较大半径的拨轮都可以得到较好的手感，但是如果因为造型需要作出较窄较小的拨轮，这也是可以接受的。

图 3-1

3.1.2 拨轮的形状。

当拨轮所处的a面呈一定角度的时候，对于拨轮的表面形状可以有两种处理方式，一种为如原图3-2所示，拨轮平行于a面拨轮截面呈楔型，另一种为如红线所示，拨轮表面垂直于拨轮厚度方向，截面呈长方形！优缺点是，楔型造型由于与a面呼应，外观较好，但是一端比较尖锐容易搿手，另外由于手指的用力方向为垂直与表面，而实际起作用的力为垂直于拨轮转轴的力，导致施加的力需要更大，手感较差！长方形的截面手感较好，但外观略差！如果客户没有特殊的外形要求，推荐采用方形截面。

图3-2

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3.1.3 拨轮的定位与紧固

拨轮的定位与紧固方式非常多，下面介绍几种定位紧固方式。

图 3-3

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如图3-3所示的是一种压盘，拨轮与壳体组合对拨轮进行紧固的方式。通过螺钉将压盘紧固到壳体上，拨轮夹持在压盘与壳体之间。从理论上来说，两图的前一种会效果更好，通过压盘边缘的弹性结构压在拨轮配合面上，控制拨轮旋转的摩擦力，提供手感。但是在实际操作中，需要注意的是压盘的材料选择，螺钉的扭矩调整均会对此处的操作力产生较大的影响，因此仅靠结构设计并不能完全保证操作力的舒适性，还需要在制造装配阶段进行细节调整。

图3-4

如图3-4，这是一种SNAP与拨轮卡接的方式，图中的三个snap结构与ping的结构尺寸比较大，对整个拨轮的稳定性保持比较好，snap结构自身也比较好调整，较容易调整到满意手感，这也是一种比较好的紧固方式。缺点是snap长在壳体上会造成此处的模具制造略有困难。

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图 3-5

如图3-5，这是拨轮与壳体的直接卡接，这样的卡接方式也是比较稳定的，缺点是卡接本身基本不提供阻滞拨轮运动的力，手感调节的装置需要另外设定。

拨轮的紧固定位方式基本类型大致是以上三种，结构会有少许不同。在设计拨轮定位紧固时，尽可能要将定位紧固结构做的大一些，较细的转轴、较小snap结构都会造成拨轮的不稳定，易晃动等缺陷。

3.2 拨钮设计 拨钮一般来说起到控制上层叶片与下层叶片旋转的作用，一般由拨钮本体部分和拨叉部分构成，有些拨钮带有镀铬饰条。

3.2.1 拨钮的一般要求

拨钮是用来控制上下层叶片旋转的，因此拨钮的拨动范围必须满足满足吹风角度的要求，但是出于客户手感的考虑，拨钮的上下旋转，左右波动并非只要满足吹风角度要求就可以了。

如图3-6，红色线表示出风角度要求的上下极限位置，如果拨钮的波动范围能够达到这两个位置，就可以满足吹风要求，但是从乘客来说，如果手指从下向上拨动拨钮，拨到上极限位置的时候，会明显感觉应该还可以往上拨，但是却无法拨动了，为了避免给客户带来的不适，建议拨钮的上下拨动范围除了满足吹风要求外，还要能够满足客户获得满意手感的区间。

对于拨钮滑动方向有时候也存在这个问题，如果滑动总范围太小，会让客户感觉不适，我们推荐的波动范围是12mm以上。

对于拨叉的部分，设计的时候需要特别注意在几个极限位置拨叉不能够脱出其控制的叶片连杆范围，拨叉与连杆的配合间隙尽可能放小到0，避免拨动时产生异响。

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图3-6

3.2.2 拨钮的结构类型

应该说，拨钮的形式是非常多样化的，下面就几个例子，说明一下几种拨钮形式的特性特点。

如图3-7，这是最简单的拨钮形式，拨钮中空，叶片从中穿过，拨叉与拨钮一体，叶片两侧设置拨钮挡块，低成本的出风口往往采用这种设计，零件构成少，结构简单。

如图3-8，这种形式相对第一种复杂一些，拨钮与拨叉分体，拨叉与拨钮部分卡接，利用拨叉部分两侧的弹性结构，控制其与叶片之间的操作力。

图3-7

图 3-8

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如图3-9，由拨钮，拨叉，连接件三部分组成，拨钮与连接件与前面的形式类似，值得借鉴的是拨叉的部分，由于此处拨叉与连接件铰接，这样拨叉不会随着拨钮的旋转而摆动，避免了拨叉随拨钮旋转导致拨叉拖出叶片控制杆范围的风险，作为单独的拨叉，现在很多时候我们会采用TPE材料，作为软质的材料，拨叉与叶片之间也再会产生嘎吱嘎吱的异响。

图3-9

拨钮的类型基本是上述三种类型拨钮的机构进行组合而成，关于手感控制部分，会放在第四章集中介绍。

3.3 叶片的设计 3.3.1 叶片的一般要求

关于叶片的一般要求，伟世通的一份说明文件说明的比较清楚，下面摘录这部分内容（蓝色字体），作为参考。

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图 3-10

将上层叶片的宽度最小化，使之仅能满足导风要求即可（叶片宽度不小于11mm），如果上层叶片过宽，势必会使下层叶片的位置靠后，而越靠后，后层导风叶片的导风效果会被削弱，因此上层叶片不建议做的过宽。

为了更好的导风向，水平叶片和垂直叶片之间的间距最大不超过4mm，这个原因与上层叶片最小化的原因的。

当叶片处于转动极限位置的时候，和壳体之间的间隙控制在1-3mm 当叶片转动到极限位置的时候，没有导风功能的气流间隙控制不超过3mm，对于这一点我个人认为必要性不大，尚不明确其必要性。

3.3.2 叶片的排布

如图3-11，我们注意到左侧的那个出风口看上去叶片与壳体在下侧的间隙特别大，而右侧的一个出风口，看上去比较均匀。而事实上，左侧的出风口叶片之间及叶片与壳体的间隙是均匀布置的。右侧的出风口，叶片与壳体的间隙做了减小。从这两张图来看，叶片的排布并非等距排布才能够获得最佳的视觉效果，我们需要根据视觉效果的不同，对间距进行调整，当然，叶片长度的不同，壳体形状的不同，视觉效果也会不同，在这里我们没办法定量得给出一个数值，只能定性地说叶片与边框的间距因该比叶片之间的间距调整的略小一些。

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图 3-11

3.3.3 叶片的定位

叶片沿长度方向应当做限位，常见的限位方式如图3-12，叶片两端做小平台与壳体侧壁进行配合，达到定位效果。但是对于较长的出风口叶片，由于长度方向上的公差累计，一般不再建议采用两端定位的方式，建议定位做到一端，另一端放开。

图 3-12

对于叶片的旋转方向也应该做极限位置的限位，一般来说有三种方式，见图3-13。

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第一种方式是较为常用的，利用下层叶片导杆两侧的挡头对拨叉进行限位，从而达到限位目的。这种方式的缺点是拨叉与导杆挡头处的距离比较大，当两者接触的时候，由于转动半径过大，拨叉在接触点的速度非常大，容易产生很大的异响。即使在拨叉头部做软质处理，会有改观，但也会有较大异响。

第二种方式通过叶片上伸出一个小轴与壳体开槽配合，这样可以减低极限位置接触时轴运动的速度，有效的减小异响，但是这种势必造成壳体开槽漏风，且装配略有困难。

第三种方式是叶片与连杆的配合，由于二者之间运动相互关联，在接触时相对速度较低，另连杆采用软质的TPE材料，这两点可以让接触异响基本消失。这中方案的缺陷是连杆外观较差，但是如果连杆排布位置合理，能够隐藏在壳体内不易见的部位，这种方案应该是最佳的。

图 3-13

3.3.4 叶片的强度

对于较长的叶片，往往会发生受压以后偏软的结果，在H4项目中，我对叶片进行了简单的应力变形分析，虽然结果与实验结果有偏差，但是大的趋势基本可以判断出来。后面将当初的一个分析过程说明文件贴出来，供今后设计参考。

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3.4 风门设计 风门一般分为包胶和海绵两种形式。

如图3-14，对于包胶的风门必须在出风口壳体内部做出台阶面与风门配合，达到密封效果。包胶与台阶面的配合处做适当的过盈并且最好做减薄处理。

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对于泡沫密封的风门，一般来说海绵需要与壳体侧面做干涉处理，但是需要注意的是很多型号的海绵与壳体摩擦会有很难听的异响，建议选海绵的时候最好与壳体做摩擦实验，确定无异响了，再选用该型号海绵。

图 3-14

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4 手感控制结构

本章将着重介绍一些手感控制的结构，大量的结构都是简单易懂的，因此本章会以图片示意为主，辅以简单的文字说明。

4.1 拨轮的拨动手感 拨轮的拨动手感控制分为几个部分，一个是起始与终点位置的到位感，一个是拨轮拨动的阻滞感。

图 4-1

如图4-1，两图的结构都是利用弹簧+顶珠的组合。在运动过程中，利用顶珠与拨轮之间的摩擦力，控制拨轮的旋转手感。在起始点与终点，利用壳体上的凹陷与顶柱卡死，起到到位感的控制。

如图4-2，利用风门转轴上的柔性结构与壳体配合作为手感控制，这种思路是可以借鉴的，但是在前文中曾经提到过，作为手感的控制结构，最好还是放在传动链的第一环，个人不推荐将手感控制结构放在此处。

图 4-2

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如图4-3，这两组结构是用来控制到位手感的，应用非常广泛，其中如果有可能的话，推荐采用左图的方式。因为右图的手感控制结构，柱体结构相对比较薄弱，在实验环节下，多次循环后柱体易倒塌，卡抓外露在零件外，也比较容易碰伤，左图的结构相对更为稳定可靠。

图 4-3

4.2 拨钮的滑动手感 拨钮在叶片上的滑动，希望尽可能顺滑，并有一定阻滞感，目前看来1.5+-0.5N似乎是一个比较好的操作力范围。

图4-4

如图4-4，拨钮与片之间设置一个橡胶圈，通过橡胶圈在两者之间的滚动，获取手感。应该说，这种结构在拨动过程中的手感是非常舒适的，但是缺陷是在拨钮拨到终点位置的时候，会有轻微的回弹。

从供应商处了解下来，还有一种方式可以获得非常好的手感，就是将橡胶圈换成摩擦片，摩擦片采用硅胶材料，拨轮在其上拨动顺滑且具有一定的阻滞感，目前获得的信息是一片摩擦片的价格在0.15-0.2元之间，如果能够用一个比较小的成本获得较好的手感，应该说还是值得的。

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图4-5

如图4-5，这两种是零件上做出弹性结构与叶片发生摩擦关系，起到调节手感的作用。一般来说，提供手感的弹性结构，能够采用TPE材料的话会比较好，但是由于TPE材料比较柔软，强度略差，因此如果如上图所示的弹性结构零件与周边零件有卡接连接的话，容易在实验过程中发生卡接失效的情况，需要关注。

4.3 拨钮的旋转手感 拨钮的旋转手感控制，在传统的方式里，如图4-6，我们一般利用叶片转轴与壳体之间的卡接力来调节，有时也会在卡接槽周围适当做些弱化槽，防止卡接力过紧。但是这样的方式在设计上不能够控制，都是靠后期模具调整来改变卡接力，由于操作次数的递增，卡接力往往会递减，致使长期使用后操作力变小。

还有一种方式是手感控制放在叶片连杆上。传统的连杆我们一般采用POM材料，连杆与叶片转轴配合处做出一些弱化结构，起到卡紧效果，这种方式同靠壳体与叶片转轴间的卡接力来控制有同样的缺陷。

现在推荐的方式是连杆采用TPE材料，作为一种柔性较好的材料，连杆与叶片转轴之间的摩擦力更易控制。我们将叶片与壳体的卡接仅作较小的预紧，通过叶片将连杆造成的阻滞力传递到拨钮上，获取好的手感。

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图4-6

4.4 拨轮的表面处理 拨轮的表面处理型式对拨轮操作力会起到比较大的影响！（包括是否包胶，选择何种麻点或特征）一般来说包胶处理会比直接注塑的拨轮具有更大的摩擦力，但是并非包胶以后一定不会出现表面触感较滑导致需要施加很大的操作力才可以实现拨轮转动的现象，选择合理的表面特征也非常重要！表面特征不可以过于平缓光滑，最好有麻点特征！。 如图4-7所示：

1 金字塔型的麻点，一般应用于硬塑表面，应用比较广泛，效果较好！ 2 与拨动方向垂直的条纹，硬塑包胶均有这样处理的，条纹细一些会获得较好的效果！

3 圆形麻点，多见于包胶表面，能够提供较大的摩擦力！

4 看似能够获得较大摩擦力的特征，但是由于绝大多数区域特征过于平缓光滑，不能够获得大的摩擦力，效果较差！

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图 4-7

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5 结束语

本文旨在对出风口的结构设计做一个简单的总结，基本包括了从总布置，到结构设计，零件设计的基本内容。事实上出风口上有很多细小的结构，文中不能够一一罗列完全。有很多细小结构的设计，在文中没有涉及到。由于笔者相关经验的缺乏，关于实验要求本文基本没有涉及。

文中可能有很多疏漏与理解错误，请大家予以指正。

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