汽车传动轴计算校核模块开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

一．选题背景

题目：汽车CAD系统 汽车传动轴计算校核模块

汽车行业是CAD技术最先应用的领域之一，国外一些著名的汽车公司很早就自行开发CAD/CAM软件。到现在，CAD/CAM技术几乎被所有汽车公司所采用，可以说CAD技术的应用水平，已经成为评价一个国家汽车工业水平的重要指标^[7]。我国从20世纪70年代开始研究和推广CAD，许多科研单位、高校和企业做了大量的工作，并取得了一些成绩，使得CAD技术在国内得到了较广泛的应用。CAD技术在我国汽车工业中的应用已经基本普及，但由于我国CAD软件自主研发术水平与发达国家之间存在较大的差距，国内一些研究机构和公司推出的CAD系列软件得不到更广泛的应用，市场占有率低，尤其在CAD系统集成方面还是刚刚起步。可以说，实施CAD系统是最有效的方式之一^[5]。因此，选汽车CAD系统 汽车传动轴计算校核模块题。

二．汽车的发展

1．汽车的定义

汽车是指使用汽油、柴油或天然气等燃料为能源，由发动机作动力驱动的运输工具。一般具有四个或四个以上车轮，不依靠轨道或架线而能够在陆地上行驶的车辆^[3]。

2.汽车发展史概述

汽车自19世纪末诞生至今100余年期间，汽车工业从无到有，以惊人的速度发展，写下了人类近代文明史的重要篇章。汽车是工业革命中最有影响、最有代表性的机械，它拉近了人与人之间的联系，提高了效率刺激了内燃机等技术的发展汽车的平民化缩小了阶层之间的差异，有利于社会进步（亨利福特）汽车的生产和量产加速了生产社会化与量产化的发展。汽车是数量最多、普及最广、活动范围最广泛、运输量最大的重要的现代化陆地交通工具。目前，全世界有几亿辆汽车在陆地上行驶，并且以每年几千万辆的速度增长。可以断言，没有哪种机械产品像汽车那样对人类社会产生如此广泛而深远的影响^[11]。

2.1．世界汽车的发展史

虽然，长久以来学术各界对谁是第一位汽车发明者皆有不同看法及论述，未有完全一致性的看法，但是，绝大多数学者皆将德国工程师卡尔本茨视为第一位发明者。

1620年，意大利人布兰卡发明反击涡轮式蒸汽轮机用以带动轮车。1766年，英国发明家詹姆斯瓦特（1739-1819）改进了蒸汽机，拉开了第一次工业革命的序幕。

图1 瓦特发明的蒸汽机

1769年，法国陆军工程师尼古拉约瑟夫居纽（Nicolas-Joseph Cugnot）制造出第一辆蒸汽机驱动的汽车。由于试车时转向系统失灵，撞到般圣奴兵工厂的墙壁上粉身碎骨，这是世界上第一起机动车事故。1771年，尼古拉约瑟夫居纽改进了蒸汽汽车，时速可达9.5千米，牵引4-5吨的货物。

图2 尼古拉约瑟夫居纽发明的第一辆蒸汽机驱动的汽车

1803年，英国工程师理查特里维西克（1771-1833）采用新型高压蒸汽机，可乘坐8人，在行驶中平均时速13km，从此，用蒸汽机驱动的汽车开始在实际中应用。

1838年，英国发明家亨纳特发明了世界第一台内燃机点火装置，该项发明被世人称之为世界汽车发展史上的一场革命。

1860年，法国电器工程师莱诺制成了第一部用电火花点燃煤气的煤气机。1862年，法国电器工程师莱诺研制出二冲程内燃机。其他人开始研究四冲程发动机。

1867年，德国工程师尼考罗斯奥托（1832--1891）研制成功世界上第一台往复活塞式四冲程煤气发动机。1876年，尼考罗斯奥托制造出第一台四部冲程内燃机制成了单缸卧式、压缩比为2.5的3千瓦内燃机。

1885年，这是真正的现代汽车诞生的时刻。这一年德国工程师卡尔奔驰在曼海姆制造成一辆装有0．85马力汽油机的三轮车。这一辆装有内燃动力机的汽车被认为才是世界上真正的第一辆汽车，因为它是真正以汽油为动力源的第一辆汽车，而不是蒸汽机。

图3 卡尔本茨发明的第一辆三轮汽车

1886年，曼海姆专利局批准卡尔奔驰为其在1885年研制成功的三轮汽车申请的专利，这一天被大多数人称为现代汽车诞生日。次年德国人戴姆勒制成世界上第一辆四轮汽车。

图4 戴姆勒发明的第一辆四轮汽车

1891年，法国人阿尔芒标志首次采用前置发动机后驱动形式，奠定了汽车传动系的基本构造。

1898年，法国人路易斯雷诺将万向节首先应用在汽车传动系中，并发命令锥齿轮式主减速器。

1913年，福特公司在汽车城底特律市建成了世界上第一条汽车装配流水线，在这以后的几十年里，以美国福特公司公司为代表实行大批量生产的方式代替定单生产的方式不仅有助于在装配过程中通过生产设备使零部件连续流动，而且便于对制造技能进行分工，把复杂技术简化、程序化，极大地降低了汽车生产的成本，使得美国汽车称雄世界50年之久 ^[12]。

图5 福特的流水生产线

第二次世界大战以前，欧洲人就已经开始对美国汽车的一统天下不满，由于不能普及大批量生产。为了竞争，于是，以新颖的汽车产品脱颖而出，到1966年，欧洲汽车产量突破1000万辆，超过北美汽车产量。到1973年欧洲汽车产量提高到1500辆。世界汽车工业又由美国转回欧洲。

虽日本汽车工业起步较晚，日本第一大汽车公司即丰田汽车公司和第二大汽车公司即日产汽车公司均创建于1933年。但以丰田汽车公司为代表的几家公司，将全面质量管理和及时生产系统两种新型的管理机制应用于汽车生产。推动了日本汽车工业的高速发展。1977年，日本汽车出口量达到400万辆；1980年，日本汽车出口量猛增到600万辆。

对于汽车产业而言，21世纪汽车零部件的模块化发展趋势是系列化、简单化、高度集成化、轻量化以及个性化。目前，世界各大汽车厂商正在加紧研发，利用模块化设计战略提高零部件的通用率，以尽可能少的模块满足多样化的需求，达到降低成本的目的^[11]。

2.2.中国汽车的发展史

旧中国没有自己的汽车工业，1901年，一个叫李恩时的匈牙利人将两辆美国生产的奥兹莫比尔汽车从香港运到上海，从此中国开始出现汽车，中国人拥有的第一辆汽车是1902年袁世凯从美国购买送给慈禧的生日礼物。

1930年中国汽车的保有量为38484辆，却没有一辆国产汽车。中国汽车工业从1953年建设到现在，已经走过50多年的历史，经历风风雨雨、艰苦创业、从无到有，现在汽车工业进入了快速发展的高速路。我国汽车工业的发展可概括为初创、成长和全面发展三个阶段。

2.2.1．初创阶段（1949 1965年）

首先建成了中国第一汽车制造厂，实现了中国汽车工业零的突破；接着建立了南京汽车制造厂、上海汽车制造厂、济南汽车制造厂、北京汽车制造厂，形成了五个汽车生产基地^[12]。

2.2.2成长阶段（1966 1978年）

先后建成了第二汽车制造厂（简称二汽）、四川汽车制造厂和陕西汽车制造厂三个主要生产军用越野车的三线汽车制造厂；开发矿用自卸车和重型汽车。

2.2.3全面发展阶段（1979年至今）

国家提出要将汽车工业发展成为国民经济支柱产业；在产量不断提高的同时，加快进行产品的结构调整；引进国外先进技术和资本；轿车工业迅猛发展，由此拉开了汽车进入家庭的序幕；生产集中度明显提高，汽车年产量高速增长。

三．CAD系统的发展与现状

1．CAD技术的内涵

计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）是20 世纪60年代发展起来的一门新兴的综合性计算机应用方法和技术。CAD是一种运用计算机硬件和软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，包括设计、绘图、工程分析与文档制作等设计活动，它是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用的新技术^[5]。

CAD不仅是一种方法或技术原理，而且是一种技术或工程应用。从方法或技术原理角度来讲，CAD是指运用计算机工具完成产品设计的全过程，包括概念设计、初步设计（或称总体设计）和详细设计等。在设计过程中，CAD将计算机的数据存储和处理优势与人的创造性思维和综合分析优势有机结合起来，做到优势互补，以此提高产品的设计质量并缩短产品的开发周期。CAD作为一种方法或技术原理，还具备完整的理论体系，它是由计算机图形处理、工程分析、信息管理、信息交换、网络、文档处理、多媒体、人机交互、虚拟现实、人工智能等跨学科的原理或理论组成的一个高度综合的理论体系。从技术或工程应用角度讲，利用CAD技术可以把产品的物理模型转化为存储在计算机中的数字化模型，从而为产品的后续工艺、制造、管理以及产品的改进等环节提供共享的信息来源，从而大大缩短新产品的开发周期和更新换代周期。作为一种技术或工程应用，现在的CAD技术已不仅仅局限于计算机绘图或三维建模，而是一种广义的、综合性的产品设计技术^[13]。

计算机辅助设计系统是以设计者为主体，由设计者利用计算机辅助设计系统的资源，对产品设计进行规划、分析、综合、模拟、评价、修改、决策并形成工程文档的创造性活动。设计者的创新能力、想象力、经验与直觉和计算机的高速运算能力、图形图像显示处理能力、信息检索处理能力相互结合，综合运用多学科的相关技术完成问题求解、产品的设计及产品的描述，可以极大地提高设计工作的效率，为无图纸化生产提供了前提和基础。值得指出的是，现在的CAD过程往往与计算机辅助工程分析和计算机辅助制造紧密结合，构成一个以计算机为工具的完整的设计、分析、制造过程或系统^[5]。

2．计算机辅助设计技术的发展简史

从1946年在美国诞生了第一台计算机以来，CAD技术经历了5个主要发展阶段。

（1）诞生时期（20世纪50 - 60年代）：美国麻省理工学院（MIT）于1950年研制的旋风计算机上采用了阴极射线管（CRT）做成的图形终端，并能被动地显示图形。其后出现了光笔，开始了交互式计算机图形学等早期的理论及应用研究。

（2）发展及应用时期（20世纪60 - 70年代）：1965年，洛克希德飞机公司推出了CADAM系统，标志着专业CAD软件开始步入实用阶段。

（3）广泛应用时期（20世纪70年代）：计算机交互图形技术和三维几何造型技术（线框、曲面和实体模型）为CAD技术的发展奠定了基础。

（4）快速发展时期（20世纪80年代）：从二维绘图发展为三维实体建模，从三维实体建模发展为三维参数化建模，实现了从CAD单元技术到CAD/CAE/CAM的集成。

（5）成熟时期（20世纪90年代至今）：20世纪90年代至今是CAD技术广泛普及、不断改善、向更高水平发展的时期。随着计算机硬件、软件的更加完善和普及，CAD系统正向智能化、集成化、网络化等方向发展。

3．计算机辅助设计的特点

（1）可实现设计与分析统一。

（2）提高设计效率。

（3）提高设计质量。

（4）方便修改设计。

（5）有利于成组设计可以广泛采用通用件、标准件及标准设计流程。

（6）为实现PLM系统提供基础。

（7）为无图样化生产提供前提。

（8）易于实现基于网络的协同设计。

（9）易于实现产品数据的标准化。

4.CAD技术在汽车方面的应用

CAD技术广泛用于汽车领域，带来了汽车设计、生产方式的新变革。CAD技术在汽车业的应用主要体现在汽车整车及零部件行业，主要有汽车底盘设计、车身设计、零部件设计、模具设计、轻量化设计等应用领域，不仅涉及机械系统设计，而且涉及电气与电子系统的设计，机械设计CAD系统与电气设计CAD系统之间相互联系。随着科技的发展，汽车CAD技术正向数字化、集成化、网络化、智能化、标准化、可视化、专业化、多领域、多学科等方向发展^[5]。

4.1．汽车底盘设计CAD技术

汽车底盘的设计涉及动力及传动系、行驶系、转向系、制动系等的布置设计与匹配，汽车动力性、燃油经济性、操纵稳定性、制动性、平顺性、通过性等汽车基本性能的分析。在底盘设计时充分运用CAD技术能大大提高产品的设计效率和产品质量，同时减少开发成本^[12]。

4.2．汽车车身设计CAD技术

传统的汽车车身设计是由手工设计完成的，随着计算机技术和CAD技术的发展，现在车身设计普遍采用以三维造型为基础的CAD技术，这不仅提高了车深设计的质量和精度，而且缩短了车身开发的周期，同时降低了车身的开发成本，更是满足了用户对产品的多样化和个性化需求，从而提高了汽车制造企业汽车产品的市场竞争力。CAD技术在车身设计中的应用有很多，其主要应用有：造型设计、总布置设计、结构设计与分析、模态分析、NVH（Noise Vibration Harshness）分析、碰撞安全分析、优化分析、计算机绘图等^[5]。

4.3．汽车零部件设计CAD技术

汽车零部件设计包括机械零部件和电子与电气零部件设计，Pro/E、UG 、CAXA三维实体设计、AutoCAD、SolidWorks等软件在汽车机械零部件设计中应用较广，如汽车上的发动机、变速器、悬架等总成绩零部件CAD设计^[5]。

4.4．汽车轻量化设计CAD技术

汽车自重的减小，可节省原材料，提高汽车的燃油经济性和运输生产率。轻量化设计主要采用复合材料并减小或优化汽车结构尺寸，因此需加强汽车结构优化设计CAD技术的应用。一个现代化的CAD系统应能同时建立实体内部的几何和拓扑信息及材料信息，即在一个实体内可以有不同的材料结构，在国内能同时进行几何结构和材料设计的CAD技术还没有从理论走向实际应用，但这将成为今后汽车轻量化设计CAD技术研究的热点。

5．汽车CAD系统在国内外应用情况

汽车行业是最早应用CAD技术的领域之一。由于，汽车工业有技术密集度高、设计要求高等特点，尤其适合CAD系统优势的发挥，因此，CAD技术几乎被所有汽车公司所采用，可以说CAD技术（包括计算机辅助制造、计算机辅助工程分析）的应用水平，已经成为评价一个国家汽车工业水平的重要指标。

5.1．汽车CAD系统国外应用情况

1964年美国通用汽车公司宣布了DAC-1系统的诞生，这是最早的CAD系统软件之一，是CAD技术步入实用性的重要标志。20世纪70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期，此间汽车及飞机制造中遇到了大量的自由曲面问题，要求更新设计手段的呼声越来越高。法国的达索飞机制造公司率先推出了三维曲面造型系统CATIA。它的出现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以计算机完整描述产品零件的主要信息，由此汽车工业开始大量采用CAD技术，如大众汽车公司的SURF，福特汽车公司的PDGS，雷诺汽车公司的EUCLID等。20世纪70年代末80年代初，SDRC公司在美国宇航局的支持合作下开发出了许多专用分析模块，用以降低巨大的太空实验费用，同时在CAD技术领域也进行了许多开拓，CAD技术在汽车中得到广泛应用。1979年SDRC公司发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型CAD/CAE软件-I-DEAS，并迅速在汽车工业中得到应用。20世纪80年代中期出现了以Pro/E为代表的参数化实体造型软件，进入90年代，参数化技术变得比较成熟起来，PTC与CATIA、I-DEAS、CV、UG等大型CAD软件在汽车制造业都有了更广泛的应用。SDRC于1993年推出全新体系结构的I-DEAS Master Series软件，并就此形成了一整套独特的变量化造型理论及软件开发方法。为CAD技术的发展提供了更大的空间和机遇^[5]。

5.2、汽车CAD系统国内应用情况

我国从20世纪70年代开始研究和推广CAD，许多科研单位、高校和企业做了大量的工作并取得了一些成绩，使得CAD技术在国内得到了广泛的应用。从20世纪80年代中期开始，国内主要的汽车制造企业如一汽、东风汽车公司等都引进了国外的CAD系统，并用于产品设计和改进，一些中小型汽车企业也相继逐步开展CAD工作，CAD技术在我国汽车工业中的应用已基本普及，但由于我国CAD软件自主研发水平与发达国家质检存在较大差距，国内一些研究机构和公司推出的CAD系列软件得不到更广泛的应用，市场占有率低，尤其在CAD系统集成方面还是刚刚起步，汽车设计的CAD应用水平还很不平衡，因此，汽车CAD系统的还有待进一步发展^[13]。

四．万向传动装置

我的毕业设计课题是关于汽车传动轴的相关研究，因此现在对汽车传动轴进行了一些了解。

1.概述

在汽车传动轴系或其它系统中，为了实现一些轴线相交或相对置经常变化的转轴之间的动力传递，必须采用万向传动装置。万向传动装置一般由万向节和传动轴组成，当距离较远时，还需要中间支承。在汽车行业中把连接发动机与前、后轴的万向传动装置简称传动轴。传动轴设计应能满足所要传递的扭矩与转速。现轻型载货汽车多采用不等速万向节传动轴^[1]。

图6 汽车万向传动装置

2.万向传动装置的组成

2.1.万向节

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；而挠性万向节的动力则是靠弹性零件传递的，且有一定的缓冲减振作用^[1]。最常见的万向节有：十字轴万向节（Cardan Universal joint）、准等速万向节（Near Constant Velocity Universal Joint）、等速万向节 （Constant Velocity Universal Joint）、挠性万向节（Flexible Universal Joint）等。

图7 十字轴式刚性万向节

2.2．传动轴

2.2.1．传动轴的功用

传动轴是万向传动装置中的主要部件，是连接两个万向节并用来传递转矩和旋转运动的。通常用来连接变速器（或分动器）和驱动桥，在转向驱动桥和断开式驱动桥中，则用来连接差速器和驱动轮^[8]。

2.2.2．传动轴的结构

传动轴有实心轴和空心轴之分。为了减轻传动轴的质量，节省材料，提高轴的强度、刚度及临界转速，传动轴多为空心轴，轴管壁厚度为1.5～3.0mm。为了便于平衡质量，轴管多采用厚薄均匀的钢板卷焊而成。部分轿车为了衰减传动轴的扭转振动，轴管采用双层卷焊管，并在内、外管的夹层间充入橡胶之类的减振材料以缓和冲击并衰减振动。一般超重型货车采用无缝钢管制成^[4]。

图8 汽车传动轴

2.2.中间支撑

当传动轴过长时，其自振频率较低，容易产生共振，因此，常将过长的传动轴分成两段，在两段传动轴中间加装中间支撑。传动轴分段时须加中间支撑，中间支撑安装在车架横梁上或车身底架上，它应能补偿传动轴轴向和角度方向的安装误差以及汽车行驶过程中由车架变形等所引起的位移^[10]。

图9 摆动式中间支承

参考文献

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[25]Introduction to the Personal Software Process.Watts S.Humphrey.2009.

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

我毕业设计的任务是设计制作汽车CAD系统 汽车传动轴计算校核模块根据选定的参数尺寸，经验公式，结合我们实际需要，我准备采用Visual Basic 6.0和AutoCAD 2004集成的系统开发环境，以Visual Basic语言为编程工具，设计制作汽车CAD系统 汽车传动轴计算校核模块，在设计制作计算模块的过程中我会参考多种汽车传动轴的参数、结构等，同时也会参考各种的计算机辅助设计模块的设计思路和方法计算设计汽车CAD系统 汽车传动轴计算校核模块。

一．传动轴的计算

1.主要参数

1. 发动机最大扭矩

2. 发动机最高转速

3. 变速器一档速比

4. 变速器倒档速比

2.性能计算 临界转速的确定

3.强度计算

3.1．转动轴管

3.1.1．扭转应力

3.1.2．扭转角

3.2．花键轴

3.2.1．花键剪切应力

3.2.2．花键侧面挤压应力

3.2.3．花键轴的扭转应力

3.3．万向节凸缘连接螺栓剪切应力

3.4．万向节十字轴

3.4.1．万向节十字轴的断面弯曲应力

3.4.2．万向节十字轴的断面剪切应力

3.5．万向节滚针轴承

3.5.1．作用在轴承上的力

3.5.2．万向节滚针轴承转速

3.5.3．作用在滚针轴承上的许用负荷

3.5.4．安全系数

3.5.5．滚针轴承上的最大接触应力

3.6．传动轴套管叉

3.6.1．传动轴套管叉断面弯曲应力

3.6.2．传动轴套管叉断面扭转应力

二．汽车CAD系统 汽车传动轴计算校核模块设计制作的初步想法

汽车CAD系统 汽车传动轴计算校核模块 设计制作主要有登录子模块的设计、

主控模块的设计和传动轴计算子模块的设计。下面是我对汽车CAD系统 汽车传动

轴计算校核模块的初步设想。

1. 研究问题

我做的是汽车传动轴计算与校核，关于该课题所要研究和解决的问题有以下几个方面：

1.1. 掌握汽车、车辆基本知识及传动轴结构设计及其计算校核等内容，认真阅读汽车、车辆相关书籍及其有关国家标准等和指导老师推荐书目；

1.2. 把大学所学的专业知识融会贯通，培养调查、分析、研究及查阅国内外资料等的能力；进一步提高解决问题和设计的能力；

1.3. 熟悉Visual Basic和AutoCAD集成的系统开发环境，掌握Visual Basic语言。了解掌握应用软件开发的相关知识；

2. 研究手段

采用Visual Basic和AutoCAD开发环境，以Visual Basic语言为编程工具，利用模块化开发设计思想和方法设计各模块。研究传动轴的各个模块主要使用VB6.0编辑设计界面，把相关的计算公式做成一个个独立的窗体。通过设置调用的程序将每一个窗体联系在一起，使之成为一个有机的整体，这样可以通过直接输入传动轴的各种参数来得到最终的结果，用来判断传动轴是否满足设计要求。

下面是关于VB编程的方法介绍：

1．创建模块：如主控模块、计算校核模块等；

2．制作窗体：如登陆窗体，在窗体中添加标签、文本框、公式、命令按钮等，并将其

合理分配在窗体界面中，力求达到良好的视觉效果；

3．编程：对相应的命令按钮编写VB程序，以实现相应的功能，如在计算中编写程

序，实现公式运算；在运行时，点击继续按钮，则会弹出下一窗口；点击返回，则会弹出上一窗体，可以重新回顾操作选项；点击退出，程序停止运行；

4．运行：对编译好的程序进行运行，看其能否达到需要的效果，实现对应的功能；

5．调试程序：对于无法正常运行或运行结果不正确的程序需要进行调试，找出错误原

因并改正。

6．编译错误陷阱: 全面考虑到在程序运行过程中可能会出现的各种情况，通过编译错

误陷阱，来使得任何可能出现的情况都能得到相应的及时的合理的响应，进一步完善自

己的程序，以达到完全正确的运行结果。