西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 西安 710016

1 螺旋傳動概述

螺旋傳動是一種通過螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運動的傳動機(jī)構(gòu)，主要用于將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動[1]，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大、傳動精度高、平穩(wěn)性好等特點[2]，因此被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床傳動機(jī)構(gòu)及起重設(shè)備、加壓設(shè)備、精密機(jī)床等自動控制系統(tǒng)中[3]。

由于傳統(tǒng)的螺旋傳動設(shè)計需要設(shè)計人員手工檢索設(shè)計資料，并手工計算設(shè)計數(shù)據(jù)，因此費時且準(zhǔn)確性不高，已不能適應(yīng)現(xiàn)代螺旋傳動設(shè)計的需求。另一方面，隨著社會和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，螺旋傳動設(shè)計也向著網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化的方向發(fā)展[4]。

筆者通過構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)化的螺旋傳動設(shè)計模式，采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使設(shè)計人員只需要根據(jù)網(wǎng)頁導(dǎo)引填入或選擇相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)等信息，便可以在線完成相應(yīng)的螺旋傳動設(shè)計和計算工作，實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線的螺旋傳動設(shè)計，并且具有快捷方便、準(zhǔn)確可靠等特點，可以大大提高螺旋傳動設(shè)計的工作效率與質(zhì)量。

2 系統(tǒng)功能模塊

面向網(wǎng)絡(luò)化的螺旋傳動設(shè)計系統(tǒng)，是結(jié)合傳統(tǒng)設(shè)計流程、B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模塊、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫和ASP.Net技術(shù)開發(fā)的能夠?qū)崿F(xiàn)螺旋傳動在線遠(yuǎn)程設(shè)計的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要包括設(shè)計流程模塊，數(shù)據(jù)管理模塊和驗算模塊[5-6]。系統(tǒng)的功能模塊如圖1所示。

（1）設(shè)計流程模塊。主要對螺旋傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行逐步設(shè)計。設(shè)計人員只需打開瀏覽器，登錄網(wǎng)址，根據(jù)頁面導(dǎo)引以填寫表單的方式輸入設(shè)計所需的參數(shù)數(shù)據(jù)，隨后向服務(wù)器提交，即可完成設(shè)計工作。每兩個相鄰的步驟之間，都存在對應(yīng)的回溯功能處理機(jī)制，用來對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行反復(fù)修改。

（2）數(shù)據(jù)管理模塊。主要包括查詢、說明和傳輸，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效、快速管理。其中：查詢功能用于調(diào)出數(shù)據(jù)庫已有的參數(shù)，進(jìn)行查閱或?qū)Ρ龋瑥亩x擇更佳的設(shè)計參數(shù)；說明功能用于對存在的設(shè)計細(xì)節(jié)問題進(jìn)行說明和提示；傳輸功能用于將設(shè)計參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫或者緩存，為后續(xù)設(shè)計步驟提供參數(shù)支撐。

（3）驗算模塊。用于避免手工計算引起的計算質(zhì)量降低、計算錯誤等問題，主要由計算和校核兩部分組成。

▲圖1 系統(tǒng)功能模塊

▲圖2 設(shè)計流程

3 設(shè)計流程

面向網(wǎng)絡(luò)化的螺旋傳動設(shè)計系統(tǒng)將螺旋傳動的設(shè)計步驟與網(wǎng)頁控件相結(jié)合，設(shè)計人員通過瀏覽器登錄網(wǎng)址，在頁面的控制機(jī)制下根據(jù)頁面導(dǎo)引，完成設(shè)計計算工作。具體的設(shè)計流程如圖2所示。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 用戶導(dǎo)引

為避免用戶首次接觸系統(tǒng)時由于不熟悉所造成的操作失誤，在設(shè)計中采用了用戶導(dǎo)引這一理念去引導(dǎo)設(shè)計人員，使設(shè)計人員能夠快速入手，更加便捷地進(jìn)行設(shè)計計算工作。

設(shè)計人員只需打開瀏覽器，登錄網(wǎng)址，通過輸入用戶名即可進(jìn)入設(shè)計頁面。整個頁面分成兩部分，左邊部分為設(shè)計流程區(qū)，右邊部分為設(shè)計工作區(qū)。設(shè)計者以填寫表單的方式輸入設(shè)計所需的參數(shù)數(shù)據(jù)，點擊提交或者確定按鈕，系統(tǒng)提示進(jìn)入對應(yīng)的下一步設(shè)計步驟，同時在設(shè)計流程區(qū)也會動態(tài)實時地提示下一步設(shè)計步驟名稱。在每一個設(shè)計頁面中，都含有說明按鈕，點擊按鈕后彈出的對話框會提示本頁面設(shè)計過程中需要注意的事項及操作方法，這樣可以使系統(tǒng)達(dá)到更好的用戶導(dǎo)引效果。

4.2 回溯

考慮用戶在設(shè)計計算過程中存在反復(fù)修改設(shè)計參數(shù)的可能性，在設(shè)計過程中增加了回溯功能，便于設(shè)計者及時發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計中存在的缺陷。

例如設(shè)計人員設(shè)計耐磨性計算時，如果發(fā)現(xiàn)之前的初始條件中軸向載荷需要糾正，那么可以直接點擊設(shè)計流程區(qū)的初始條件按鈕，重新設(shè)定對應(yīng)參數(shù)，而耐磨性計算之后的設(shè)計參數(shù)都將被清空。同理，若想修改某一個設(shè)計步驟的參數(shù)，則可直接點擊界面設(shè)計流程區(qū)對應(yīng)的按鈕，同時回溯提示對話框也將根據(jù)不同的按鈕給出對應(yīng)的提示信息，從而輔助用戶更好地操作回溯功能?；厮莨δ苋鐖D3所示。

4.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫

為了能夠有效讀取和存儲數(shù)據(jù)，用戶不需要在本地計算機(jī)中安裝數(shù)據(jù)庫，而只需要打開瀏覽器登錄，即可在網(wǎng)頁中鏈接到數(shù)據(jù)庫，并讀出數(shù)據(jù)，也可對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。螺旋傳動設(shè)計系統(tǒng)采用了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫設(shè)計，其特點是方便異構(gòu)分布平臺下的用戶找到合適的信息[7-8]，使傳動設(shè)計更加方便、準(zhǔn)確、快捷，從而滿足用戶的各種應(yīng)用需求。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的查詢功能基于ASP.Net可視化開發(fā)環(huán)境，結(jié)合C#語言來實現(xiàn)。依靠ASP.Net技術(shù)的TreeView、DataList和DataGrid等控件，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)直觀、簡潔的查詢[9-10]。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫界面如圖4所示。

▲圖3 回溯功能

▲圖4 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫界面

4.4 數(shù)據(jù)傳輸

在數(shù)據(jù)管理模塊中，傳輸功能占據(jù)了很重要的位置。為了保證整個螺旋傳動設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流通及完整性，并方便數(shù)據(jù)的規(guī)整以供設(shè)計人員參考，在設(shè)計過程中采用了Cookie傳輸。

Cookie是一種比較特殊的數(shù)據(jù)存儲方式，傳遞數(shù)據(jù)很方便，而且數(shù)據(jù)的保存時間可以自由設(shè)計。Cookie創(chuàng)建、寫入、獲取參數(shù)的數(shù)據(jù)流程如圖5所示。

4.5 校核

在機(jī)械設(shè)計過程中，設(shè)計者往往要引用很多手冊中的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行手工計算，這樣不僅會降低設(shè)計計算的質(zhì)量，而且可能會造成計算錯誤。

可見，為了提高設(shè)計的質(zhì)量，并且使螺旋傳動機(jī)構(gòu)更合理、更準(zhǔn)確，在螺旋傳動設(shè)計系統(tǒng)中還需要具備校核功能。

根據(jù)螺旋傳動的設(shè)計條件及要求，通過在頁面添加校核按鈕實現(xiàn)校核功能。以螺桿穩(wěn)定性計算為例，當(dāng)軸向壓力超過某一個臨界值時，螺桿會突然發(fā)生側(cè)向彎曲而失穩(wěn)，因此需驗算螺桿穩(wěn)定性。當(dāng)臨界載荷值Fc與軸向載荷值F的比值在2.5～4范圍內(nèi)時，表明螺桿穩(wěn)定性良好，反之則需重新對螺桿進(jìn)行設(shè)計。在穩(wěn)定性計算完成后，點擊校核按鈕，若滿足穩(wěn)定性條件，將進(jìn)入下一個設(shè)計步驟；反之，會彈出提示框，提醒返回到對應(yīng)步驟對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行修改。校核流程如圖6所示。

5 總結(jié)

面向網(wǎng)絡(luò)化的螺旋傳動設(shè)計系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)設(shè)計煩瑣的流程，將所有設(shè)計計算流程融為一體，結(jié)合ASP.Net技術(shù)、B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)了螺旋傳動在線設(shè)計。設(shè)計人員只需要按照頁面導(dǎo)引，便可完成相應(yīng)的螺旋傳動的設(shè)計與計算，從而使螺旋傳動設(shè)計過程更加輕松、方便、準(zhǔn)確。相比傳統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計人員可以很方便地掌握和使用，提高了螺旋傳動的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

▲圖5 Cookie流程

▲圖6 校核流程