西安工業(yè)大學(xué)機電工程學(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)控機床傳動機構(gòu)及起重設(shè)備、加壓設(shè)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(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。主要對螺旋傳動機構(gòu)進行逐步設(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)的回溯功能處理機制，用來對設(shè)計參數(shù)進行反復(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