面向網絡化的螺旋傳動設計系統(tǒng)*

西安工業(yè)大學機電工程學院 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構，主要用于將旋轉運動轉換為直線運動[1]，具有結構簡單、傳動比大、傳動精度高、平穩(wěn)性好等特點[2]，因此被廣泛應用于各種數控機床傳動機構及起重設備、加壓設備、精密機床等自動控制系統(tǒng)中[3]。

由于傳統(tǒng)的螺旋傳動設計需要設計人員手工檢索設計資料，并手工計算設計數據，因此費時且準確性不高，已不能適應現(xiàn)代螺旋傳動設計的需求。另一方面，隨著社會和國民經濟的發(fā)展，螺旋傳動設計也向著網絡化、信息化、智能化的方向發(fā)展[4]。

筆者通過構建基于網絡化的螺旋傳動設計模式，采用瀏覽器/服務器（B/S）網絡結構，使設計人員只需要根據網頁導引填入或選擇相應的設計參數等信息，便可以在線完成相應的螺旋傳動設計和計算工作，實現(xiàn)遠程在線的螺旋傳動設計，并且具有快捷方便、準確可靠等特點，可以大大提高螺旋傳動設計的工作效率與質量。

2 系統(tǒng)功能模塊

面向網絡化的螺旋傳動設計系統(tǒng)，是結合傳統(tǒng)設計流程、B/S網絡結構模塊、遠程數據庫和ASP.Net技術開發(fā)的能夠實現(xiàn)螺旋傳動在線遠程設計的系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要包括設計流程模塊，數據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）設計流程模塊。主要對螺旋傳動機構進行逐步設計。設計人員只需打開瀏覽器，登錄網址，根據頁面導引以填寫表單的方式輸入設計所需的參數數據，隨后向服務器提交，即可完成設計工作。每兩個相鄰的步驟之間，都存在對應的回溯功能處理機制，用來對設計參數進行反復修改。

（2）數據管理模塊。主要包括查詢、說明和傳輸，用于實現(xiàn)數據的有效、快速管理。其中：查詢功能用于調出數據庫已有的參數，進行查閱或對比，從而選擇更佳的設計參數；說明功能用于對存在的設計細節(jié)問題進行說明和提示；傳輸功能用于將設計參數傳輸到數據庫或者緩存，為后續(xù)設計步驟提供參數支撐。

（3）驗算模塊。用于避免手工計算引起的計算質量降低、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 設計流程

3 設計流程

面向網絡化的螺旋傳動設計系統(tǒng)將螺旋傳動的設計步驟與網頁控件相結合，設計人員通過瀏覽器登錄網址，在頁面的控制機制下根據頁面導引，完成設計計算工作。具體的設計流程如圖2所示。

4 系統(tǒng)關鍵技術

4.1 用戶導引

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，在設計中采用了用戶導引這一理念去引導設計人員，使設計人員能夠快速入手，更加便捷地進行設計計算工作。

設計人員只需打開瀏覽器，登錄網址，通過輸入用戶名即可進入設計頁面。整個頁面分成兩部分，左邊部分為設計流程區(qū)，右邊部分為設計工作區(qū)。設計者以填寫表單的方式輸入設計所需的參數數據，點擊提交或者確定按鈕，系統(tǒng)提示進入對應的下一步設計步驟，同時在設計流程區(qū)也會動態(tài)實時地提示下一步設計步驟名稱。在每一個設計頁面中，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)達到更好的用戶導引效果。

4.2 回溯

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

例如設計人員設計耐磨性計算時，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計流程區(qū)的初始條件按鈕，重新設定對應參數，而耐磨性計算之后的設計參數都將被清空。同理，若想修改某一個設計步驟的參數，則可直接點擊界面設計流程區(qū)對應的按鈕，同時回溯提示對話框也將根據不同的按鈕給出對應的提示信息，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 遠程數據庫

為了能夠有效讀取和存儲數據，用戶不需要在本地計算機中安裝數據庫，而只需要打開瀏覽器登錄，即可在網頁中鏈接到數據庫，并讀出數據，也可對數據進行更新。螺旋傳動設計系統(tǒng)采用了遠程數據庫設計，其特點是方便異構分布平臺下的用戶找到合適的信息[7-8]，使傳動設計更加方便、準確、快捷，從而滿足用戶的各種應用需求。

遠程數據庫的查詢功能基于ASP.Net可視化開發(fā)環(huán)境，結合C#語言來實現(xiàn)。依靠ASP.Net技術的TreeView、DataList和DataGrid等控件，實現(xiàn)對數據直觀、簡潔的查詢[9-10]。遠程數據庫界面如圖4所示。

▲圖3 回溯功能

▲圖4 遠程數據庫界面

4.4 數據傳輸

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

Cookie是一種比較特殊的數據存儲方式，傳遞數據很方便，而且數據的保存時間可以自由設計。Cookie創(chuàng)建、寫入、獲取參數的數據流程如圖5所示。

4.5 校核

在機械設計過程中，設計者往往要引用很多手冊中的數據資料進行手工計算，這樣不僅會降低設計計算的質量，而且可能會造成計算錯誤。

可見，為了提高設計的質量，并且使螺旋傳動機構更合理、更準確，在螺旋傳動設計系統(tǒng)中還需要具備校核功能。

根據螺旋傳動的設計條件及要求，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，當軸向壓力超過某一個臨界值時，螺桿會突然發(fā)生側向彎曲而失穩(wěn)，因此需驗算螺桿穩(wěn)定性。當臨界載荷值Fc與軸向載荷值F的比值在2.5～4范圍內時，表明螺桿穩(wěn)定性良好，反之則需重新對螺桿進行設計。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，將進入下一個設計步驟；反之，會彈出提示框，提醒返回到對應步驟對設計參數進行修改。校核流程如圖6所示。

5 總結

面向網絡化的螺旋傳動設計系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)設計煩瑣的流程，將所有設計計算流程融為一體，結合ASP.Net技術、B/S網絡結構模式和遠程數據庫技術，實現(xiàn)了螺旋傳動在線設計。設計人員只需要按照頁面導引，便可完成相應的螺旋傳動的設計與計算，從而使螺旋傳動設計過程更加輕松、方便、準確。相比傳統(tǒng)設計，設計人員可以很方便地掌握和使用，提高了螺旋傳動的設計效率和設計質量。

▲圖5 Cookie流程

▲圖6 校核流程