李慶偉，趙雅慧，夏俊邦，劉鑫佳

（云南經(jīng)濟管理學院，云南·昆明 650106）

關(guān)鍵字：Android；弧齒錐齒輪；設(shè)計輔助軟件

一、前言

疫情影響下，本研究項目針對當前錐齒輪人工設(shè)計暴露的缺陷、計算機輔助設(shè)計所需的軟硬件條件，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把移動式輔助設(shè)計應用于弧齒錐齒輪設(shè)計。通過開發(fā)一套基于Android 的格里森弧齒錐齒輪移動終端輔助設(shè)計系統(tǒng)，來滿足齒輪公司有經(jīng)驗的設(shè)計人員移動辦公狀態(tài)下的快速設(shè)計錐齒輪的需要，有效地提高產(chǎn)品的設(shè)計效率、質(zhì)量和水平，大大加快開發(fā)周期。

河南理工大學提出一種基于云平臺的齒輪測量標準語言GXML（gear extensible markup language），采用以GXML 為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)交換模式,通過GXML文檔和數(shù)據(jù)庫之間的相互映射可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨平臺傳輸[1]。鄭州機械研究所概述了工信部強基工程項目“齒輪強度與可靠性試驗檢測技術(shù)基礎(chǔ)公共服務平臺”8 個主要子平臺的功能[2]。大唐終端技術(shù)有限公司從項目需求關(guān)系、文件組織架構(gòu)、編譯預處理和后處理過程等幾個方面對如何在Android 平臺上實現(xiàn)多項目多需求定制進行了分析和研究[3]。山東交通學院詳細闡述了安卓手機移動辦公App 軟件的開發(fā)和應用,并對稅務移動辦公軟件的設(shè)計進行了介紹[4]。長江大學采用Struts2 MVC架構(gòu)，針對油氣資源行業(yè)設(shè)計了辦公相關(guān)模塊[5]。浙江傳媒學院通過http+JSON 的形式構(gòu)建了手機與服務器端的數(shù)據(jù)交互,提高小型店鋪的管理水平[6]。

從諸多研究機構(gòu)與文獻可以看出，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于輔助辦公、輔助設(shè)計等的研究近年來已經(jīng)成為社會研發(fā)熱點，對企業(yè)在疫情環(huán)境下提高生產(chǎn)效率具有增效器的作用。因此開展基于Android 平臺的弧齒錐齒輪強度設(shè)計輔助軟件開發(fā)研究具有必要性。

二、技術(shù)路線

為實現(xiàn)基于Android 的弧齒錐齒輪設(shè)計輔助軟件開發(fā)，本文設(shè)計了如下圖1所示的技術(shù)路線：從兩個方面進行理論研究即弧齒錐齒輪設(shè)計過程研究，以及Android 軟件開發(fā)技術(shù)，融合二者進行輔助設(shè)計軟件的開發(fā)。

圖1 基于Android的弧齒錐齒輪設(shè)計輔助軟件開發(fā)技術(shù)路線圖

本研究側(cè)重點為軟件開發(fā)，弧齒錐齒輪設(shè)計過程采用《中國機械設(shè)計大典》第4卷第33篇錐齒輪傳動及其裝置第1 章錐齒輪傳動設(shè)計中孤齒（格里森制等頂隙收縮齒）的幾何計算和強度校核過程。

三、Android軟件開發(fā)方法

本文對Android軟件開發(fā)方法、流程進行了梳理，主要分為需求分析階段、開發(fā)階段、測試階段以及驗收階段。如下圖2所示：

圖2 軟件開發(fā)流程

需求分析階段主要解決軟件服務對象的需求收集以及產(chǎn)生軟件開發(fā)的功能需求基礎(chǔ)。分為需求收集、需求分析、原型設(shè)計、需求確定四個部分。針對弧齒錐齒輪的設(shè)計需求，簡單歸納為三個需求，即設(shè)計人員角色不同的分級需求、設(shè)計的自動計算需求、計算結(jié)果的輸出需求。

設(shè)計人員角色不同的分級需求是指根據(jù)齒輪設(shè)計人員的經(jīng)驗、參與設(shè)計的角色等劃分成兩個等級，初級設(shè)計人員和高級設(shè)計人員。初級設(shè)計人員根據(jù)齒輪的尺寸、應用環(huán)境、生產(chǎn)條件、強度要求等進行齒輪的初步設(shè)計；高級設(shè)計人員憑借齒輪設(shè)計經(jīng)驗對初級設(shè)計人員的設(shè)計結(jié)果進行審核、修正。

設(shè)計的自動計算需求即要求輔助設(shè)計軟件根據(jù)齒輪的初始條件自動進行計算輸出計算結(jié)果，過程中涉及到的參數(shù)計算及圖表查詢等步驟需自動完成，減輕設(shè)計人員的計算工作量。

計算結(jié)果的輸出需求即要求對齒輪設(shè)計的初始參數(shù)、過程參數(shù)、結(jié)果參數(shù)保存并具有一定的輸出形式，便于設(shè)計結(jié)果的呈現(xiàn)及設(shè)計項目資料的保存。

自動計算及結(jié)果輸出的過程，如圖3所示。設(shè)計人員登錄軟件系統(tǒng)，首先進行齒輪初始參數(shù)的選擇與輸入，其中輸入的參數(shù)主要為齒輪的幾何參數(shù)和強度校核參數(shù)，選擇的參數(shù)主要包括齒輪的工況參數(shù)、材料參數(shù)等。依據(jù)《中國機械設(shè)計大典》中的的幾何計算和強度校核過程，軟件自動計算過程參數(shù)，并對結(jié)果進行自動判斷，合格即可輸出設(shè)計結(jié)果，不合格則返回到參數(shù)選擇與輸入環(huán)節(jié)，并為設(shè)計人員提供參數(shù)調(diào)整的基本意見。

圖3 自動計算及結(jié)果輸出過程圖

四、軟件功能模塊開發(fā)

依據(jù)需求分析進行模塊劃分，主要分為用戶模塊、參數(shù)選擇與輸入模塊、計算校核模塊。用戶模塊包括用戶注冊、用戶登錄兩個部分，注冊用戶界面如圖4 所示；參數(shù)選擇與輸入模塊分成三個部分，即材料參數(shù)、幾何參數(shù)、強度參數(shù)，對幾何計算和強度校核的初始條件、初始參數(shù)進行選擇或輸入，強度參數(shù)界面如圖5所示；計算校核模塊根據(jù)齒輪計算校核輸出結(jié)果過程，分為幾何計算模塊、強度校核模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊三個模塊，分別用三個函數(shù)編寫代碼，通過點擊圖5 中的計算并顯示結(jié)果按鈕，調(diào)用按鈕的消息響應函數(shù)，自動進行計算與校核。

圖4 注冊界面

圖5 強度參數(shù)界面

以注冊界面的代碼編輯為例說明基于Android的手機軟件如何編寫。

五、結(jié)論與展望

本文所開發(fā)APP的功能基本能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)齒數(shù)、齒形角等基本幾何參數(shù)自動計算齒輪全部幾何參數(shù)；根據(jù)轉(zhuǎn)向、精度等級、使用系數(shù)等強度校核基本參數(shù)結(jié)合幾何參數(shù)的計算結(jié)果自動計算齒輪強度；根據(jù)最小安全系數(shù)，齒輪材料強度自動判斷齒輪強度是否符合強度要求等功能，能夠滿足齒輪設(shè)計人員的基本需求。

但各個功能模塊還存在進步空間，其中高級設(shè)計人員的審核與修正步驟較為繁瑣，需要導入初級設(shè)計人員的設(shè)計參數(shù)；數(shù)據(jù)輸出模塊中數(shù)據(jù)輸出形式單一，過程數(shù)據(jù)的保存、結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出以txt文件的形式保存于設(shè)計人員手機上，對設(shè)計數(shù)據(jù)的積累、數(shù)據(jù)的安全存在影響，需增加數(shù)據(jù)庫的支撐方可更加方便、高效的進行協(xié)同設(shè)計與審核。

三個參數(shù)頁面，對參數(shù)選項的數(shù)據(jù)缺乏企業(yè)調(diào)研，數(shù)據(jù)支撐不足；參數(shù)輸入的數(shù)據(jù)范圍需要進行自動檢查，對明顯超過輸入范圍或不符合齒輪設(shè)計規(guī)定的數(shù)據(jù)進行自動修正。幾何參數(shù)的過程參數(shù)計算需要更加智能化，針對圖表參數(shù)的分段查找數(shù)據(jù)無法提高齒輪的設(shè)計質(zhì)量，需引入最新的弧齒錐齒輪設(shè)計理論。