汽车CAD系统传动轴计算校核模块的设计与制作文献综述

一．选题背景

题目：汽车CAD系统传动轴计算校核模块的设计与制作

我国汽车业的高速发展，带动我国汽车传动轴需求持续大幅增长。近年来我国汽车市场需求保持了连续高增长态势，需求总量屡创新高，需求结构不断呈现新变化。汽车工业的不断发展，推动对汽车CAD系统的需求不断扩大，对传动轴的性能要求也越来越高，传动轴技术得到飞速发展，传动轴作为汽车的重要组成部分，它性能的好坏在很大程度上影响着汽车的燃油经济性、加速时间、动力性及成本等方面，此外，在常见的汽车故障中，很多的故障来自于传动轴。因此，如何研发出高性能的传动轴，是我们需要解决的一个问题。为了在汽车传动轴方面有所了解和进步，所以我选择汽车CAD系统传动轴计算校核模块的题目。

二．汽车发展与现状

2.1世界汽车工业发展史

汽车自1886年诞生以来，经历115年进入21世纪。汽车的不断改进和汽车工业的不断发展，大大地改变了人类生活。汽车工业和汽车技术得以发展。一部汽车发展史可用115年中发生的一些重要事件来表达。

德国人发明内燃机和汽车

19世纪末，自行车工业和马车工业已很发达了，它们为汽车的发明做好了前期准备。自行车所用的钢管构架、滚珠轴承、链条传动、变速齿轮、充气轮胎、专用机床等等都可用于汽车，马车的车身技术和车身造型也可用于汽车。1886，一位叫奔驰的德国人用他研制的内燃内在曼德镇造出第一辆三轮汽车。同年，另一位叫戴姆勒的德国人用他研制的内燃机在斯图加特装出世界第一辆四轮车。奔驰公司和戴姆勒公司在1926年合并起来，组成后来的戴姆勒－奔驰公司（又于1998年组成戴姆勒－克莱斯勒公司）。

法国的单件小批生产

1886年的德国技术发展很快，但德国那时刚成为独立、统一的国家不久，经济实力不如法国。法国政府为了军事需要修建了公路网，为汽车工业创造了良好的发展条件。戴姆勒发明汽车的第二年，法国PL公司就买下了他的许可证，1887年就组织生产，在19世纪90年代里，PL就生产几万辆汽车。到1904年，法国有汽车厂350，年产量达17000辆。英国的阿斯顿马丁公司就是其中一家，在该公司的车身车间里，仍然是技术高超的钣金工用木槌敲打铝板的方式来制造铝质车身钣金件。到了20世纪80年代，汽车工业进步的步伐加快了。

福特公司的大批量生产

美国第一辆汽车比欧洲的第一辆汽车晚了7年。但和法国、德国相比，美国是个人口众多、土地辽阔、物产丰富的大国。汽车一出现，6年内美国有300家公司和个人在试验性地生产汽车，没有银行投资，他们在技术上和组织上都存在大量问题。福特先从军工系统引进零件通用制，用专用机床加工出标准化的零件；继而将屠宰场中的牛羊肉分块肢解的流水线反其道而行之，成为流水装配线。大量生产方式提高了汽车质量，降低了成本，使汽车流入寻常百姓家。

日本汽车工业发展史

日本汽车制造业始于吉田真太郎，1904年他成立日本第一家汽车厂东京汽车制造厂（现五十铃汽车公司），3年后制造出第一台日本国产汽油轿车太古里1号。至今，日本汽车工业已经走过一百多个年头。 二战以前是日本汽车工业的萌芽期。这一时期日本人开始制造汽车，政府也开始意识到汽车产业的重要性，并出台政策进行扶持。1936年，汽车制造行业法正式在日本国内开始实施，日本汽车真正国产化的序幕由此拉开。 二战后的20年（1945年至20世纪60年代中期）是日本现代汽车工业的基础阶段。日本经济在经历了二战的毁灭和战后十年的复苏之后，在1955年进入高速发展阶段。汽车产业也在这一段时间打下了坚实的基础。公务车比例稍有下降，出租车加快发展，私人用车开始起步。 20世纪60年代中期到20世纪70年代，日本汽车工业高速发展。1967年日本超过德国而成为第二大汽车生产国，国内汽车销量首次超过百万辆。1970年，日本国内汽车销量达到238万辆，千人平均保有量达到170辆。比1950年增加了将近60倍。在这段时间，普通劳动者成为汽车的主流买主，汽车不再是社会地位的象征而成为了代步工具。 20世纪70年代的石油危机重创了欧美车商，但是却让推崇小排量车的日本车企从中受益，1976年，日本汽车出口达到250万辆之多，首次超过国内销量。有资料显示，20世纪70年代以后，虽然日本经济走向成熟，经济增长率下降，但汽车产业继续保持近15%的高增长率。而日本汽车产业的这一黄金时期基本持续到20世纪80年代中期。

21世纪的汽车工业革新

电动汽车发展

早在20世纪70年代日本政府就已将电动车的发展列入汽车工业的产业规划，并且为电动车发展制定了诸如建设和改造充电站、研制新技术的蓄电池等计划。目前已有多款车型在全球范围上市，并且一直保持电动车销量头把交椅的依旧是日系电动车。

美国汽车产业从很早就开始开展电动汽车领域的研究。近年来，以通用汽车为代表，美国汽车企业在纯电动汽车、燃料电池汽车的科研与市场化方面取得了显著的成绩。其中，沃蓝达品牌已经成为全球知名的电动汽车产品代表。德尔福公司则已经实现电动汽车在4小时内安全充电，并在混合动力汽车方面拥有100多项的专利。

未来无人驾驶汽车每年将带来2400亿美元的产值。虽然现在还是稀罕物，到2020年，无人驾驶汽车可能成为道路上的常态。

目前，世界上大多数知名汽车厂商都开展过无人驾驶汽车测试，并制订了中长期目标。2010年，谷歌公司首次承认，其研发的无人驾驶汽车已完成了22万千米的测试。2013年，美国内华达州、佛罗里达州等批准了谷歌无人驾驶汽车上路。此外，戴姆勒集团2013年版S级奔驰车已具备无人驾驶功能，包括在交通拥堵时根据交通状况自动加速、刹车或避让行人。

2.2中国汽车的发展

2.2.1民国

1928年，张学良在东北易帜后，要化兵为工，在辽宁迫击炮厂成立了民用工业制造处，后改称为辽宁民生工厂，试制汽车。中国人当时还没有生产汽车的经验，于是聘请了美国人为总工程师。 新中国的汽车工业，与共和国共命运，经过半个世纪的努力，发生了天翻地覆的变化。从一个曾经是只有卡车没有轿车、只有公车没有私车、只有计划没有市场的汽车工业，终于形成了一个种类比较齐全、生产能力不断增长、产品水平日益提高的汽车工业体系。

2.2.2 建国

从新中国成立之初，我们便发展汽车工业，但到了上世纪90年代，自主品牌汽车几乎绝迹。60年曲折荆棘，60年进取发展。正是在坚定发展的信念支持下，中国汽车业在学习中不断自主创新，走出了一条属于自己的发展之路。60年，是一个轮回，更是追赶世界、再次腾飞的新起点。这是一页被证明了的历史，这步步脚印，处处印证着各个历史时期的时代特色。在建国60年的历史长河中，中国汽车品牌发展实现了从无到有，从小到大，在技术、人才、营销、规模、市场等方面得到长足发展。

2.2.3 改革开放

改革开放后，我国经济迅速发展，对轿车的需求越来越强，我国落后的轿车工业根本无法满足这种需求。一时间，外国轿车洪水般涌入我国。1984年至1987年，我国进口轿车64万辆，耗资266亿元。为了迅速提高中国轿车生产能力和技术水平，我国汽车工业开始走上与国外汽车企业合作、引进消化外国先进技术的发展道路。在经历了近半个世纪的风风雨雨之后，在共和国50华诞之际，中国轿车终于崛起，迎来了可喜的收获季节，站在了世界腾飞的起跑线上。

2.2.4新世纪

2002年，全国共生产汽车325.12万辆，同比增长38.48%，全球排名上升到第五位。3家大型企业集团生产166.64万辆，占全国总产量的51%；15家重点企业集团（公司）生产291.03万辆，占全国总产量的89.5%。2003年，全国共生产汽车444万辆，销售437万辆，同比增长36.6%和34.5%。其中，生产轿车201万辆，销售轿车197万辆，同比分别增长84.4%和80.7%。我国已排在美国、日本、德国之后成为世界第四大汽车生产国。

2002年末，我国民用汽车保有量为2053.17万辆，其中私人汽车保有量968.98万辆。

截至2009年8月，我国机动车保有量已达1.8亿辆。

三 CAD系统的发展和现状

计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是利用计算机强有力的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到理想的目的或取得创新成果的一种技术。它是综合了计算机科学与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。计算机辅助设计技术的发展是与计算机软件、硬件技术的发展和完善，与工程设计方法的革新紧密相关的。采用计算机辅助设计已是现代工程设计的迫切需要。

3.1.CAD的发展历程

3.1.1 预备和诞生时期（20世纪50年代-60年代） 1950年，美国麻省理工学院研制出WHIRLWIND 1（旋风1）计算机的一个配件--图形显示器。1958年，美国公司研制出由数字记录仪发展成的滚筒式绘图机，美国公司把数控机床发展成平板式绘图机。20世纪50年代，计算机由电子管组成，用机器语言编程，主要用于科学计算，图形设备仅仅具有输出功能，CAD技术处于酝酿和预备阶段。20世纪50年代末，美国麻省理工学院在WHIRLWIND计算机上开发了SAGE战术防空系统，第一次使用了具有指挥功能和控制功能的阴极射线管CRT（Cathode Ray Tube），操纵者可以用光笔在屏幕上确定目标。它预示着交互式图形天生技术的诞生，为CAD技术的发展作了必要的预备。3.1.2 蓬勃发展和进进应用时期（20世纪60年代） 20世纪60年代初，美国麻省理工学院的博士生Ivan Sutherland研制出世界上第一台利用光笔的交互式图形系统SKETCHPAD。但在20世纪60年代，由于计算机及图形设备价格昂贵，技术复杂，只有一些实力雄厚的至公司才能使用这一技术。作为CAD技术的基础，计算机图形学在这一时期得到了很快的发展。20世纪60年代中期出现了商品化的CAD设备，CAD技术开始进进了发展和应用阶段。3.1.3 广泛应用时期（20世纪70年代） 20世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD系统。同时，图形软件和CAD应用支撑软件也不断充实进步。图形设备，如光栅扫描显示器、图形输进板、绘图仪等相继推出和完善。于是，20世纪70年代出现了面向中小企业的CAD商品化系统。3.1.4 突飞猛进时期（20世纪80年代） 20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路、工作站和RISC（精简指令集计算机）等的出现使CAD系统的性能大大进步了一步。与此同时，图形软件更趋成熟，二维、三维图形处理技术，真实感图形技术以及有限元分析，优化，模拟仿真，动态景观，科学计算可视化等方面都已进进实用阶段。包括CAD/CAE/CAM一体化的综合软件包使CAD技术又上了一个层次。3.1.5 日趋成熟的时期（20世纪90年代至今） 这一时期的发展主要体现在以下几个方面：CAD标准化体系进一步完善；系统智能化成为又一个技术热门；集成化成为CAD技术发展的一大趋势；科学计算可视化、虚拟设计、虚拟制造技术是20世纪90年代CAD技术发展的新趋向。

3.2 我国CAD技术现状

我国CAD系统的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成了二维CAD商品化软件市场，在一些企业也引进了CAD系统，并取得一些效益。但与国外相比差距仍然很大。

目前我国CAD系统仅仅作为绘图工具，缺乏设计方法和设计理论的指导

我国三维CAD系统还不成熟，必须加快开发

我国CAD技术开发创新少、仿制多

我国CAD软件的开发缺乏理论研究和算法的研究

信息集成技术落后

CAD中的数据交换格式和标准化落后

3.3 CAD技术在汽车方面的应用

3.3.1 国内、外汽车模具CAD技术的发展状况

早在60年代初期，国外一些汽车制造公司就开始了模具CAD的研究。70年代以来，曲面造型与实体造型技术发展迅速，新一代的CAD软件均是实体造型与曲面造型兼备的系统，能适用于复杂模具的设计和制造，在模具界到了广泛的应用。日本TOYOTA汽车公司从1980年开始研制汽车覆盖件模具CAD/CAM系统，此系统包括处理覆盖件模面的Die-Face软件和加工凸、凹模的TINCA软件等。

3.3.2 CAD技术在汽车底盘上的应用

汽车总布置是汽车设计中重要的一环，对汽车产品质量起决定性的作用。传统的设计方法是经验设计，通过手工查阅国内外类似汽车获得设计参数，绘制出总布置图和总策划概念部件图，初步得出整车参观和性能指标，现代汽车设计摒弃了繁琐的查阅步骤，利用CAD/CAM请打的功能进行汽车总体布置，采用模块化设计，模块之间联系，彼此交换数据。汽车总布置CAD系统是以数据库、图形库为基础的，设计过程中产生的一系列数据对于今后的工作会有很大的帮助，节省工作量。总成图形库存储的是与整车总布置密切相关的零部件，其数据包含了对总成的特征结构和尺寸的描述。总布置数据库主要包含设计中一些中间参数和数学模型运行结果，具有动态性。

3.3.3 CAD技术在汽车车身上的应用

车身是汽车的一个非常重要的总成，占汽车车身质量和造价的40`%，其设计的好坏直接影响着汽车的使用性能。CAD技术在车身开发中的应用，使原来的旧模式有彻底的改观。设计人员通过与CAD系统的交互，将自己脑中的概念模式转化为清晰的视模式几何实体，易于优化和改进，提高了工作效率和设计质量。车身CAD技术基于PDM。在车身部件的开发中，可能会有多个车型设计要交替进行，产生多种数据版本，因此引入产品数据管理技术，建立统一的CAD工程数据库，消除车身开发中各部分内部信息和数据间的矛盾和数据冗余，从而保证开发过程顺利进行。

四．汽车传动轴

4.1 汽车基本概况

汽车是借助于自身的动力装置驱动，且具有4个或4个以上的车轮的非 轨道无架线 车辆。汽车的主要用途是运输，亦即载送人和货物的车辆。汽车区别于沿敷设的轨道或 电 力架行的火车，有轨电车和无轨电车，进行农田作业的拖拉机，以及自走式工程机械。在 分类统计时，二轮或三轮机动车，具有武器和装甲的作战车辆不算汽车。

汽车一般由发动机、底盘、车身、电气设备等四个基本部分组成。

图1汽车结构

1.发动机：发动机2大机构5大系：曲柄连杆机构；配气机构；燃料供给系；冷却系；润滑系；点火系；起动系。

2.底盘：底盘作用是支撑、安装汽车发动机及其各部件总称，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动，保证 正常行驶。底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。

3.车身：车身安装在底盘的车架上，用以驾驶员、旅客乘坐或装载货物。轿车、客车的车身一般是整体结构，货车车身一般是由驾驶室和货箱两部分组成。

4.电气设备：电气设备由电源和用电设备两大部分组成。电源包括蓄电池和发电机；用电设备包括发动机的起动系、汽油机的点火系和其它用电装置。

4.2 汽车传动轴

毕业设计我的题目是关于汽车传动轴的研究，因此现在这里对传动轴进行了解。

4.2.1 汽车传动轴介绍

传动轴是由轴管、伸缩套和万向节组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化，并实现两轴的等角速传动。

汽车传动轴能在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力，连接或装配各项配件而可移动或转动的圆形物体配件，一般均使用轻而抗扭性佳的合金钢管制成。汽车传动轴的作用就是使在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力。

万向节是转轴与转轴之间实现变角度传递动力的基本部件，按其在扭转方向上是否有明显的弹性，可分为刚性万向节和挠性万向节。刚性万向节的动力是靠零件之间的铰链式连接传递的，挠性万向节的动力是靠弹性零件传递的，而且具有一定的缓冲减震作用。

目前，十字轴式刚性万向节传动轴在汽车传动系中用得最广泛。十字轴式刚性万向节有两个万向节叉，和一个十字轴组成。这样当主动轴转动时，从动轴既可随之转动，又可以绕十字轴中心在任意方向摆动。为减少摩擦损失，提高传动效率，在十字轴轴颈和万向节叉孔间装有由滚针和套筒组成的滚针轴承。为了润滑轴承，十字轴做成中空的，并有油路通向轴颈。另外一个重要的组成部分是滑动花键副，由内、外花键组成，用于传递长度的变化。传动轴的万向节摆角和滑动花键副的最大伸缩量，是根据整车布置时进行的传动轴跳动校核而确定的。一般的情况下还可能有传动轴管，空心的轴管具有较小的质量但能传递较大的扭矩，并且比相同外径的实心轴具有更高的临界转速的特点。

图2：汽车传动轴

4.2.2 传动轴的种类及构造与工作原理

一 传动轴结构形式

实心－用于转向驱动桥或断开式驱动桥的半轴。

空心－用于FR传动系的万向传动轴。传动轴管由壁厚均匀 (1.5~3.0mm)、管径较大、扭转强度高、弯曲刚度大、适于高速旋转的低碳钢板卷制的焊接钢管制成。万向传动轴总成主要由传动轴及其两端焊接的花键和万向节叉组成。传动轴中一般设有由滑动叉和花键轴组成的滑动花键，以实现传动长度的变化。传动轴在工作时，其长度和夹角是在一定范围变化的。设计时应保证在传动轴长度最大时，花键套与轴有足够的配合长度(不脱落)；而在长度最小时不顶死。传动轴夹角的大小直接影响到万向节的寿命、万向传动的效率和十字轴旋转的不均匀性。

图3：277FR型传动轴的构造

二 传动轴工作原理

传动轴是连接变速箱和减速器的，减速器里面有个差速器，而两边后轮都有半轴插到差速器里面，传动轴带动减速器转动

4.2.3、传动轴的结构与布置

传动轴的组合和布置根据不同的使用要求可以有多种多样。现只介绍目前常用的双接头万向传动轴的结构及其组合和布置形式。

1、万向轴的结构

图4为常用的双接头万向传动轴的结构系列。

A系列：适用于输入、输出单元之间距离较长，且有伸缩要求（或折角变动）的场合。

B系列：适用于输入、输出单元之间距离较短，但有伸缩要求（或折角变动）的场合。

C系列：适用于输入、输出单元之间距离较短，无伸缩要求（或折角变动）的场合。

D系列：适用于输入、输出单元之间距离较短，而且也无伸缩要求(或折角变动)的场合。

根据需要可以将四种不同型式进行组合，形成多级万向轴传动链。

图4 双接头万向传动轴结构系列

参考文献

[1]《Visual Basic 6.0从入门到精通》 Visual Basic 6.0编程 作者：Evantagelos Petroutsos 译：邱仲潘

[2]《实用软件工程》 项目开发与管理 作者：郑人杰 殷人昆 陶永雷

[3]徐小龙.浅析CAD在机械设计中的应用.魅力中国.2011,(14)

[4]张有义，周湘琴.CAD技术在汽车产品开发中的应用.江南航天科技.1998,(3)

[5]汽车设计 主编：刘惟信 清华大学出版社

[6]濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社.2006

[7]罗思明.机械CAD技术的发展[J].移动通信.2004,(8)

[8] 汽车工程手册 主编《汽车工程手册》编辑委员会 人民交通出版社

[9]《AutoCAD Visual Basic开发技术》 Visual Basic 6.0编程技术和AutoCAD二次开发 作者：张国宝 科学出版社

[10]李增辉,张代胜.基于汽车制造业的FMEA与CAD/CAM集成框架研究[J].汽车工艺与材料.2005

[11]梅琼风,严中胜,龚春全,李强,申昱,刘永杰.基于 Pro/E的离合器参数化CAD系统

[12]贺云花.基于Pro/E二次开发的齿轮智能优化设计CAD系统.煤矿机械.2010

[13]张国宝.AutoCAD Visual Basic开发技术[M].科学出版社.2000

[14]肖刚,李学志.机械CAD原理与实践.清华大学出版社.1999

[15]张炳力.汽车设计.合肥工业出版社.2011

[16]过学迅，邓亚东.机械设计.人民交通出版社.2005

[17]王望予.汽车设计.机械工业出版社.2004

[18]张洪欣.汽车设计.机械工业出版社.1989

[19]王隆太机械CAD/CAM技术第三版北京：机械工业出版社。2010.2

[20]CAD技术发展史来源：豆丁网发布：2010.11

[21] Zhao Jing , Shu Xuedao, Hu Zhenghuan.Computer aided design for cross wedge rolling tools of automobile semi-axes. Journal of Materials Processing Technology.2007,(41)

[22] Michael Tovey and John Owen.Sketching and direct CAD modeling in automotive design. Design Studies.2000,(6)

[23] Jiang Wen , Shinichi Kobayashi.Impacts of government high-tech policy: a case study of CAD technology in China. Journal of Materials Processing Technology.2002,(19)

[24] Microsoft Visual Basic 6.0 Professional Step by Step Michael Halvorson

[25]Introduction to the Personal Software Process Watts S.Humphrey