壁挂式空调器两点支撑式导风板结构可靠性分析

刘慧 周文伟

摘要

本文针对壁挂式空调器两点支撑式导风板结构进行分析研究，从导风板当前结构存在的问题出发，对现有结构出现的问题进行分析，并结合ANSYS Workbench结构静力分析和试验测试，从而得出两点支撑式导风板结构解决方案，减少售后导风板装配结构脱落、断裂问题发生的概率，避免出现售后投诉的现象。

关键词 壁挂式空调器；导风板；仿真分析

1. 引言

随着社会的不断发展，壁挂式空调器已成为很多家庭不可缺少的生活电器，

用户在关注空调器产品性能的同时，对导风板运行过程中的舒适可靠性也极为关注。空调器导风板在开启运行时会绕着转轴在一定范围内来回运行，因此导风板在运行过程中的装配可靠性非常重要。

壁挂式导风板结构一般为长条形的结构，而两点支撑式导风板结构是指空调器导风板的左、右两端与其他结构相配合，现有的两点支撑式导风板结构出现售后投诉导风板一端的卡爪结构脱出、断裂的情况，导风板配合位置结构脱出或断裂都导致空调器导风板无法正常实现扫风、导风功能，影响用户的正常使用。

为进一步的分析优化壁挂式空调器出风口位置导风板装配结构可靠性，本文主要对导风板卡爪结构深入分析研究，并结合ANSYS Workbench结构静力和多轮试验测试测试情况，得出当前导风板卡爪结构所存在的问题的解决方案，从而降低售后投诉的概率。

2. 导风板卡爪结构断裂、脱出问题原因分析

下图1所示为售后投诉导风板配合结构脱出、断裂问题示意图，针对下述问

题进行原因分析：

图1

1. 导风板卡爪结构脱出

如下图2所示，导风板一端配合结构为非封闭式结构，在装配时通过导风板

上的开口处结构卡装在相配合的驱动盒连杆结构上，如下图3所示，从图3所示的装配链接方式可知，非封闭式结构装配的可靠性主要与导风板卡爪的结构强度以及导风板卡爪结构的开孔大小相关。

图2 图3

非封闭式的卡爪结构强度主要与卡爪轴向厚度、径向厚度以及卡爪开口大小有关，注塑时若导风板卡爪处结构出现如缩水、缺料等缺陷，其结构强度会受到影响；如下图4所示，导风板卡爪开口结构在生产运输过程中受到外界施加的径向力时，也会引起导风板卡爪结构出现脱出的问题；导风板卡爪结构具有一定的弹性，卡爪开口处结构装配时与驱动盒连杆通过过盈配合装配到位，设计时若导风板卡爪开口大小尺寸不合理，或注塑时导风板卡爪开口大小尺寸不符合设计尺寸要求，同样会出现鹰嘴脱出的问题。

图4 卡爪结构

（2）导风板卡爪结构断裂

结合上图4中的ANSYS Workbench仿真分析结果以及非封闭式导风板卡爪自身的结构，非封闭式导风板卡爪弯曲处结构最易出现断裂的情况，如下图5所示，

出现断裂的原因分析是导风板鹰嘴受到外界的扭转力或受到外界的冲击力导致的。

图5 导风板卡爪弯曲结构

3. 解决方案

针对上述问题原因分析，将上文所述的导风板卡爪非封闭式配合结构优化为

全封闭式结构，如下图6所示，导风板的轴孔与驱动盒连杆轴配合，确保径向方向上装配的可靠性，同时，在轴向方向上采用插销结构锁紧。

图6 优化后结构

优化后的装配示意图如下图7所示；

图7 优化后装配示意图

优化后导风板一侧为全封闭式配合结构，优化后导风板结构在径向方向上不存在脱出的问题，在轴向方向则通过结构件插销锁紧，而插销材质选用带有自润滑性能的POM材料。

表一

零件	优化前	优化后
导风板
配合方式说明	优化前导风板一侧通过卡爪处开口结构直接卡装在驱动盒连杆上，因优化前结构为非封闭式结构（非完整的轴孔结构），导风板运转过程中存在抖动的隐患；优化后导风板为封闭式结构（完整的轴孔结构），径向方向上通过轴孔与连杆轴配合，轴向方向上通过插销结构锁紧，优化后结构避免了优化前结构运转过程中存在的抖动隐患问题。 优化前装配方式主要是通过导风板卡爪开口的过盈配合进行装配，每次拆装都可能对导风板卡爪产生冲击和损伤，优化后结构则避免此种现象。

4. 导风板ANSYS WorkBench静力分析

静力分析主要对结构件的强度以及刚度进行理论仿真分析，刚度即指在载荷

的作用下，结构件抵抗变形的能力，强度即指在载荷的作用下，结构件抵抗破坏的能力。本文中导风板结构的静力分析主要集中于分析导风板其中一端不同配合结构的导风板在径向方向上的强度，本文主要针对上文所述的两种导风板配合结构进行ANSYS仿真分析，如下表二：

表二 导风板结构区分表

名称	结构区别	材料
导风板1	非封闭式结构	PC-GF20
导风板2	封闭式结构	PC-GF20

表二中，导风板1与导风板2仅配合处结构不同，如上文所述，导风板1为非封闭式配合结构，导风板2为封闭式配合结构，除此处外，导风板其他位置结构均相同，选取的分析材料为PC-GF20，PC-GF20材料的断裂应力约为50Mpa，弹性模量为5800Mpa，泊松比为0.45。导风板结构强度主要是分析导风板卡爪端配合结构所产生的最大等效应力，分析对比在施加相同大小的径向力F的作用下，产生的最大等效应力最小则说明导风板配合位置处的结构强度越好。

4. 1. 导风板1结构ANSYS静力分析结果如下：

径向强度分析结果如下图8所示

图8 径向结构强度分析

按照上文所述，导风板1在径向方向施加F大小为50N时产生的最大应力为13.657MPa。

4.2导风板2结构ANSYS静力分析结果如下：

径向强度度分析结果如下图9所示

图9 径向结构强度分析

按照上文所述，导风板2在径向方向施加F大小为50N时产生的最大应力为

4.152MPa。

5. 不同导风板结构ANSYS静力分析结论

上文中不同结构的导风板ANSYS静力分析对比结果如下表三：

表三 ANSYS静力分析结果

结构类型	径向力F大小	最大等效应力	对比结论
非封闭式导风板1	50N	13.657MPa	从理论分析结果可知，非封闭式结构强度产生的最大等效应力是封闭式结构的3.29倍。
封闭式导风板2	50N	4.152MPa

根据如上表三中的理论分析数据可知，封闭式导风板2的结构强度明显优于非封闭式导风板结构，因此在设计空调器导风板结构时，对于同上文所述装配方式相同的导风板应选用封闭式导风板结构。

6. 导风板试验验证

对优化后的封闭式导风板结构进行不同形式的拉力和扭转试验测试，测试情

况具体如下：

6.1 拉力试验验证

（1）对非封闭式导风板结构和封闭式导风板结构上文所述的配合结构采用量程为500N的拉力计进行拉力测试，测试结果如下表四：

表四 拉力测试对比

零件	优化前450N时断裂	优化后500N时未变化
导风板(内)
拉力测试结果	拉力计量程为500N，优化前结构拉力为450N时左侧鹰嘴尾部结构断裂，优化后结构拉力为500N时左侧配合结构完好无损。

2. 导风板装配完成后，对导风板施加相当于其5倍自重的力，验证全封

闭式导风板结构在收到外界拉力时的可靠性，按照下图10所示提起导风板，整个装配结构没有出现变化。

图10 拉力测试示意图

6.2 扭转试验验证

如下图11所示，模拟全封闭式导风板结构在另外一端配合结构脱出的情况下，全封闭式配合结构的可靠性。在整个测试过程中，全封闭式导风板配合结构完好，无脱出、断裂的现象。

图11 扭转测试示意图

7. 结论

导风板作为壁挂式空调器出风口处重要的扫风、导风外观结构件，其是确保空调器舒适送风的重要组成结构，其配合结构的可靠性至关重要，稍有疏忽，就可能出现用户售后投诉的现象发生。本文针对两点支撑式壁挂式空调器导风板卡爪配合结构进行研究分析，针对当前导风板卡爪配合配合结构存在的问题进行多方面的原因分析，从而得出解决方案，即将非封闭式导风板卡爪结构优化为全封闭式导风板配合结构，避免导风板配合后径向脱出和断裂的问题。同时，对于全封闭式导风板配合结构，在确保径向方向装配可靠的情况，轴向方向上的配合可靠性也极为重要，轴向方向上则采用带有自润滑特性的插线进行锁紧，从而确保全封闭式导风板配合的整体可靠性。

参考文献

[1].刘丙磊 关婷婷 王健 挂壁式空调器导风板的优化设计 制冷与空调 2015-02

[2].林思轩 王荣转 胡锦洋 新型空调内机导风方式及其传动机构介绍 家电科技 2015-12