城市轨道交通车辆空调三维参数化设计

Pro/Engineer是PTC公司提供的一款三维设计软件，其采用了单一数据库、参数化、基于特征及工程数据再利用等概念。改变了MDA (Mechanical Design Automation)的传统概念，这种全新的概念已经成为MDA领域的新标准。它能将产品从设计至生产的过程集中到一起，让所有的用户同时进行同一产品的设计制造工作。本文对城市轨道交通车辆空调的外型接口尺寸的要求，利用Pro/Engineer提供的骨架模型进行空调机组结构布局设计，通过修改骨架模型，自动生成车辆空调三维模型，极大地提高了工作效率及准确率。

此项设计是一种自顶部向下的设计(Top DownDesign)，其数据传递线路如下：客户接EI尺寸—骨架模型—外部复制几何—零件(钣金件)。自顶而下设计能够将设计数据从结构布局向装配结构传递，然后再向零件传递。这种方法能够保证装配结构整体的数据关联性，使零件装配完成后能够完全符合结构设计的规划，并能够随着结构设计的改变自动更新装配中的每个零件，而不必逐个修改零件；零件可以参照骨架模型中的曲线或者曲面创建特征，同时也可参照骨架模型中的基准特征，从而通过骨架方便地控制零件的尺寸、形状和装配位置。利用骨架模型可以实现产品的协同设计，通过几何共享工具将骨架模型分配到零件中，再将这些零件分配给各个设计人员，分配时可以使用PDM服务器，也可以使用文件共享或电子邮件的方式将数据发给各个设计人员；设计人员设计零部件时将按照传递过来的数据进行设计，从而实现产品的协同设计。

目前中国城市轨道车辆空调结构按照送回风形式主要分为以下四种：双侧送风、双侧回风型；双侧送风、底部双回风型；单侧送风、底部单回风型；底部双送风、底部单回风型。下面针对双侧送风、底部双回风的城市轨道车辆空调的结构形式，介绍具体的工作流程。这是使用率较广的轨道列车空调的结构形式。

结构布局设计

空调机组由左蒸发室、冷凝室、右蒸发室、蒸发室盖及冷凝室盖等五大功能段组成。每个功能段有不同的用途，可实现回风、冷却、除湿及送风等功能。送风机、蒸发器，冷凝风机、冷凝器及压缩机等主要部件分别位于机组的不同功能段。其布局见图。

空调机组布局示意图

壳体的三维参数化设计

参数化设计通常有两种方法：一是利用程序实现三维参数化设计，这种方法编程量大，需要专门的程序设计人员，灵活性和扩展性差；二是利用CAD系统提供的参数化功能实现模型的变量驱动，控制模型的几何尺寸及约束关系，用户通过直接修改变量实现对模型的编辑，其优点不言而喻。Pro/Engineer软件可以满足第二种方法的要求。

壳体三维模型的建立

壳体按功能段分为左蒸发室壳体、冷凝室壳体、右蒸发室壳体、蒸发室盖及冷凝室盖五大部分。壳体的最大特点是基本上由钣金件组成，其连接方式为先铆接后焊接。

左（右）蒸发室壳体模型的建立基本相同，所以一并介绍。左（右）蒸发室壳体的外型尺寸W、L、H等参数是由外部几何复制壳体骨架模型过来的，与骨架模型保持同步；蒸发室壳体主要由下图的15件钣金件装配而成，其外型尺寸受骨架模型约束。

左（右）蒸发室壳体

冷凝室壳体模型的建立：冷凝室壳体的外型尺寸W 、W 、Lz、H参数是由外部几何复制骨架模型过来的，与骨架模型保持同步；冷凝室壳体主要由23件钣金件组装而成，它们的尺寸受骨架模型控制。

蒸发室盖模型的建立：蒸发室盖的外型尺寸W1、W2、L2、H参数是由骨架模型继承过来的，与骨架模型保持同步；它的尺寸受骨架模型控制。

壳体三维模型的建模完成：壳体全部由钣金折弯件连接而成，保证了成型尺寸；每个零件的位置是缺省的，不需要再进行装配；可以进行全局干涉校验，防止零件间干涉；对每个零件赋与材料后，可以自动计算零件的单重以及组件的总重，自动计算出重心的位置，同时可计算出该产品对 轴、y轴和z轴（过重心）的转动惯量，并生成报表、模型。

轨道车辆空调的总装

壳体模型完成后，把送风机、蒸发器、冷凝风机、冷凝器及压缩机等主要部件装入壳体，进行干涉校验，分析其安装位置及布局是否满足设计要求。Pro/Engineer中装配体的干涉检查分为静态和动态两种。在空调机组的装配中，有运动关系的零件间装配较少，主要进行静态的干涉检查。然后进行制冷管路布置及电控元气件的布置等工作，最终完成空调机组的总成设计。