（机械工程专业论文）asp模式下的轴承设计系统研究.pdf

摘要 摘要 随着制造业信息化建设的推进，越来越多的的工程技术人员习惯使用计算机进 行数据处理和设计计算工作，但是，现有的通用c a d c a m 软件还不能给机械产品 设计提供完整的基础信息资料数据库和设计方法，当需要查询某些标准基础数据、 进行常用公式计算和专业校核时，仍需要使用纸质机械设计手册进行查询、选择、 抄录等工作，或者使用机械设计手册软件版，将选择的相关参数输入到通用 c a d c a m 软件系统中进行机械产品的设计、计算和绘图，这种工作方式严重影响 了机械产品的设计效率。 轴承设计过程是一个经验参数选取、数值计算、结果分析、评价，再选参数、 再计算、再评价的多次反复过程。在整个过程中，有许多数表和线图需要检索和处 理。为了使广大工程技术人员在进行机械产品设计时，能够方便、快捷、准确地选 用有关轴承数据、图表等设计资料，进一步满足数字化设计制造技术发展的需要， 开发基于网络的轴承设计系统显得尤为必要。 本课题通过开发一个a s p 模式下的轴承设计系统，实现了有关滚动轴承和滑动 轴承资料的查询与设计计算，并生成设计报告。即开发一个轴承参数选择、性能计 算的计算机辅助轴承选用设计软件，帮助设计人员正确选用、设计轴承，简化设计 过程。该软件可安装在网络应用服务供应商的服务器上，由其通过网络给企业或个 人提供应用程序的租赁和管理服务，特别适合那些想实施信息化改造而又资金不 足、i t 人才匮乏的中小企业。 课题的具体研究内容包括：系统总体框架设计、系统功能模型设计、数据库的 构建和人机交互界面的设计与实现。 关键词轴承；软件工程；设计系统；网络；应用服务供应商 河北科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ea d v a n c e m e n to fm a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i z a t i o n ，m o r e a n dm o r e e n g i n e e r s a n dt e c h n i c i a n sa r ea c c u s t o m e dt o u s i n gc o m p u t e rt oc a r r yo n t h ed a t a p r o c e s s i n ga n dd e s i g nc a l c u l a t i o nw o r k ，b u t ，t h ee x i s t i n gg e n e r a lc a d c a ms o f t w a r e c a n tp r o v i d ec o m p l e t eb a s i ci n f o r m a t i o nd a t a b a s ea n dt h ed e s i g nm e t h o df o rm e c h a n i c a l p r o d u c td e s i g n ，w h e ns e a r c h i n g s o m es t a n d a r db a s i cd a t a ，c a l c u l a t i n gw i t hc o m m o n f o r m u l a ，a n dc h e c k i n g ，w es t i l ln e e dt ou s ep a p e rm a c h i n e r yd e s i g nm a n u a lf o ri n q u i r y ， s e l e c t i o n ，c o p y ，o ru s em e c h a n i c a ld e s i g nm a n u a ls o f t w a r ev e r s i o n ，t h e ni n p u tt h ec h o s e n p a r a m e t e r si n t ot h eg e n e r a lc a d c a ms o f t w a r es y s t e m t om a k em e c h a n i c a lp r o d u c t s d e s i g n ，c a l c u l a t i o na n dd r a w i n g ，t h i sw a yo fw o r k i n gs e r i o u s l yi n f l u e n c et h ee f f i c i e n c y b e a r i n gd e s i g np r o c e s s i sa ne x p e r i e n c ep a r a m e t e r ss e l e c t i o n ，n u m e r i c a lc a l c u l a t i o n ， r e s u l ta n a l y s i s ，e v a l u a t i o n ，a n dt h e np a r a m e t e r ss e l e c t i o n ，c a l c u l a t i o n ， e v a l u a t i o nw h i c h i sar e i t e r a n tp r o c e s s i nt h ew h o l ep r o c e s s ，t h e r ea r em a n yd a t at a b l e sa n dl i n ed r a w i n g st o b ep r o c e s s e d i no r d e rt oh e l pt h es c i e n t i f i ce n g i n e e r i n ga n dt e c h n i c a lp e r s o n n e li nt h e m e c h a n i c a lp r o d u c td e s i g np r o c e s s ，a c c u r a t e l yc h o o s eb e a r i n gp a r a m e t e r sf r o md a t at a b l e s a n dl i n ed r a w i n g sc o n v e n i e n t l y ，f u r t h e r ，t os a t i s f yd i g i t a ld e s i g nm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t ，t h ed e v e l o p m e n to fw e b b a s e db e a r i n gd e s i g ns y s t e mi sn e c e s s a r y t h i sp a p e rd e v e l o p sab e a r i n gd e s i g ns y s t e mb a s e do na s pm o d e l ，r e a l i z e si n q u i r y a n dd e s i g nc a l c u l a t i o no fr o l l i n gb e a r i n ga n ds l i d i n gb e a r i n g ，a n dc a nc r e a t ed e s i g nr e p o r t t h a ti s ，ac o m p u t e ra i d e db e a r i n gc h o o s ed e s i g ns o f t w a r ei sd e v e l o p e d ，w h i c hc a nr e a l i z e p a r a m e t e r ss e l e c t i o na n db e a r i n gp e r f o r m a n c ec a l c u l a t i n g ，t oh e l pd e s i g n e rc h o o s ea n d d e s i g nb e a r i n gc o r r e c t l y ，t os i m p l i f yd e s i g np r o c e s s t h es o f t w a r ec a nb ei n s t a l l e do n t h e s e r v e ro ft h en e t w o r ka p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ( a s p ) ，w h i c hc a np r o v i d ea p p l i c a t i o n s r e n t a la n dm a n a g e m e n ts e r v i c et h r o u g hi n t e r n e tt oe n t e r p r i s e so ri n d i v i d u a l ，e s p e c i a l l yf o r t h o s es i n a i la n dm e d i u m s i z e de n t e r p r i s e sw h i c hw a n tt oc a r r yo u ti n f o r m a t i z a t i o n ，b u t c a p i t a li n s u f f i c i e n c ya n di tt a l e n t sl a c k t h ep a p e rm a i n l ys t u d i e st h es y s t e mf r a m e w o r kd e s i g n ，s y s t e mf u n c t i o nm o d e l d e s i g n ，d a t a b a s ed e s i g n ，i n t e r f a c ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o ne t c k e y w o r d s b e a r i n g ；s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ；d e s i g ns y s t e m ；n e t w o r k ；a p p l i c a t i o ns e r v i c e p r o v i d e r i i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的背景 近年来，随着机械制造企业信息化建设的推进，广大工程技术人员使用计算机 进行数据处理和设计计算工作，对机械设计制造中的通用基础信息资源提出了新的 要求。在使用c a d c a p p c a m c a e p d m 等工具软件进行产品设计制造过程中i l j ， 经常涉及各种标准规范、常用技术数据、曲线图表等信息资源的查询和选用，也涉 及常用机械零部件、标准件的校核计算和设计分析等专业应用问题。现有的通用 c a d c a m 软件还不能有效提供针对机械产品设计的完整的行业基础信息资料数据 库和专业设计计算方法【2 1 。当需要查询标准基础数据资源、进行常用公式计算和专 业校核计算时，广大的工程技术人员仍然需要使用传统的纸质机械设计手册书籍进 行查询资料、选择参数、抄录结果，将选择的相关参数输入到通用c a d c a m 软件 系统中进行机械产品的设计计算和绘图。这种工作方式在一定程度上影响了机械产 品的设计质量和工作效率。 为了使广大工程技术人员在进行机械产品设计工作时，能够方便、快捷、准确 地选用有关数据、图表等最新设计资料，满足数字化设计制造技术发展的需要，开 发基于网络的机械资料查询设计系统显得尤为必要。 轴承作为机械中标准件，它的作用是当其他机件在轴上彼此产生相对运动时， 用来保持轴的中心位置及控制该运动。滚动轴承和滑动轴承是最为常用的两种轴 承。滚动轴承是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的，是各种机械中传递 运动和承受载荷的重要支撑转动部件。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦力小、 起动容易、润滑简单、功率消耗小和便于更换等优点，广泛应用于汽车工业、纺织 机械、机床、精密仪器、航空航天、机器人等领域。但是由于滑动轴承本身具有一 些独特的优点，使得它在某些不能、不方便或使用滚动轴承没有优势的场合，如工 作转速高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受限或者必须剖分安装( 如曲轴的轴承) 以及需要在水或腐蚀性介质中工作等条件下，仍然占有重要的地位。滑动轴承在轧 钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发动机附件、雷达、 卫星通信地面站、天文望远镜以及各种仪表中得到广泛应用i j j 。 国家规定的轴承标准，通常以手册的形式印刷出来，在设计轴承或者查找有关 轴承参数的时候，通过以翻阅手册的方式读取数据，效率非常低，而且难免会出现 人为的失误，导致产品在设计阶段就存在错误，影响产品质量。轴承设计过程是一 个经验参数选取、数值计算、结果分析、评价，再选参数、再计算、再评价的多次 河北科技大学硕士学位论文 重复过程。传统的设计方法仅能在具体的设计计算中对设计者提供帮助而对于经验 知识的应用、分析却无能为力【4 1 。在计算机网络技术长足发展的今天，网络技术己 深入到各个行业、领域，关于轴承系统的设计也不例外。 上世纪9 0 年代末期，a s p ( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，应用服务供应商) 电 子商务新模式的出现为那些想实施信息化技术改造而又存在资金不足、i t 人才匮乏 等问题的中小企业，提供了切实可行的解决方案。该模式是供应商通过计算机网络 为客户提供各种“应用技术服务 ，用户并不需要购买应用技术，只是使用该技术 并按“服务的具体情况向供应商付费【5 1 。应用技术实体在供应商处，用户通过供 应商开设的窗口享受技术服务。国际上的一些知名公司如i b m 、o r a c l e 等都已纷纷 跨入a s p 市场。本课题正是在这样的背景下诞生的，通过开发a s p 模式下轴承设 计系统，即可使工程技术人员在设计轴承时检索迅速、方便、准确，又具有存储量 大、数据处理快捷、成本低、便于打印，多用户远程操作等优点。这不仅是简单地 与网络技术的结合，更是一种理念的体现。 1 2 国内外研究现状 轴承计算机辅助设计主要经历了以下几个发展阶段： ( 1 ) 简单查询方式把纸质的轴承手册扫描到计算机中，变成计算机能够识别 的数据储存到计算机中，这样人们可以免除携带书本的不便，使得查阅比较方便。 这种方式为单机电子版。还有一种网络版的查询。它是通过建立一个关于轴承的数 据库，输入轴承的型号或者其产品编号，则可以调出其相应的参数来，这比单机版 的查询方式要快，效率得到提升。例如机械设计手册( 软件版) r 2 0 ，用此查询工 具查阅常用金属轴承材料的性能，将各种材料的名称、代号、许用p 、v 、p v 值， 以及最高工作温度等以列表的形式显示。滑动轴承的标准件，如轴承、轴套、轴承 座、基本尺寸及许用载荷，按各个型号也以列表的形式表示。 ( 2 ) 具有计算能力的查询方式输入一些参数，通过计算公式，得到轴承的 其他参数。这种方式的实现，是通过机械和计算机编程技术的结合实现的。这样的 计算方式比人工计算来说有更强的优势，那就是运用计算机特有的快速计算能力， 瞬间得到计算结果。 ( 3 ) 人工智能的专家系统专家系统是使用人工智能技术解决应用领域中实 际问题的重要技术。专家系统通常由知识库、推理机、知识获取系统、解释机构和 一些应用界面组成。系统的知识库、推理机等仅为本系统解决问题服务1 6 j 。针对某 一应用领域建立一个实用的知识库，亦要做大量的工作。专家系统的应用使得轴承 的设计比较其传统的设计方法是一个很大进步，使得轴承的开发设计周期大大缩 2 第1 章绪论 短，设计人员工作效率大大提高，而且对非专业人员使用专家系统，更易上手。但 把人工智能及专家系统技术应用于机械设计领域，目前还只是处于探索性研究阶 段，尚未象c a d 技术那样为人们带来显著的社会效益和经济效益。 在国内，2 0 世纪9 0 年代洛阳轴承研究所在c a d 平台上开发了专业的轴承设计 软件，并在国内轴承企业中得到广泛应用。该系统可以设计各种标准及非标准类型 的轴承，含有图册中所有标准型号的尺寸及对应的主要参数。并可根据用户选择的 轴承型号和外形尺寸等主要参数，得到轴承的设计计算说明书和轴承产品图。但是 随着信息技术的发展和企业需求的变化，该软件也显示出不足之处，首先是软件的 扩充性较差，因为软件的基础参数是通过数组形式存储在程序中的，所以更新和扩 充困难：其次是系统与p d m 、c a p p 等软件集成困难，不能有效地将产品信息和设 计数据统一管理，存在信息孤岛；另外原有的轴承设计系统依附于a u t o c a d 2 0 0 2 系统，c a d 升级后需要重新移植，而且设计完后生成的c a d 图与设计参数不能双 向关联，c a d 图只能作为静态数据结果，设计人员不能追溯其设计过程1 7 j 。空军第 一航空学院的李建霞等人也基于a u t o c a d 平台，采用v b 语言开发了滑动轴承参 数化设计和参数化绘图一体化系统，实现了从初始参数到最后计算机出图的一体化 设计过程【8 】，并基于s o l i de d g e 平台，用v b 语言二次开发出滑动轴承c a d 系统。 使滑动轴承的设计过程完全实现自动化，用户只需利用对话框对滑动轴承的类型进 行选择，输入原始设计参数，即可准确、快速的得到设计结果，并可利用计算机自 动绘图【9 】。河南科技大学陈龙等人采用v c + + ，在p r o e 基础上二次开发了滚动轴承 三维参数化设计软件。软件具有三维模型设计输出、工程图形输出、运动参数校核 计算、标准轴承模型库、外部修改程序内部参数等功能。软件只需获取滚动轴承的 大径、小径、宽度等外形尺寸就能在外部数据库的支持下按照输入参数计算内部尺 寸参数、确定几何结构、计算运动参数，完成三维模型、工程图输出并打印【w j 。西 安交通大学润滑理论与轴承研究所李宗义等人对滑动轴承专家系统进行了研究，采 用面向对象的方法( o b j e c t o r i e n t e dp a r a d i g m ，简称咖方法) ，用b o r l a n dc + + 语 言，在w i n d o w s 下开发了滑动轴承设计专家系统e s w i d e 4 】【6 】1 1 1 】。合肥工业大学摩擦 学研究所的桂长林等人进行了中小型汽轮机径向滑动轴承设专家系统的研究，采用 t u r b op r o l o g 作为系统的人工智能语言，用d b a s e i i i 作为知识库，开发了t j b d e s 1 2 1 7 】。以上各系统都具有各自的特点与优势，但均是单机版的工具软件，特别是在 网络高速发展及普及的时代，显示出很大不足。 在国外，1 9 8 3 年，美国学者d c b r o w n 和b c h a n d r a s e k a v a i l 首先论述了 机械设计中基于知识库的专家系统技术应用问题，对常规设计领域的知识表示的层 次结构和问题求解策略进行了阐述。1 9 8 4 年，j r i x o n 和m k d s i m m o n 提出了一 3 河北科技大学硕士学位论文 种机械设计问题的专家系统求解结构，即“设计评价再设计”结构【1 8 1 。 m i c h a e lj f a g a n 设计的轴承专家系统能辅助设计者选择球轴承和滚子轴承的正确 组合，并给出装配建议【1 9 1 。a v n s p r a k a s ar a o 设计的轴承专家系统能实现轴承的 初步设计，即轴承类型的选择【2 0 1 。除以上列举的外，还有其他的轴承专家系统，均 是基于知识的，通过模拟设计人员的设计和选择过程来实现轴承的设计过程【1 9 3 0 1 。 轴承专家系统的设计不但是简单的进行数值计算，这包括大量的计算、分析与绘图 等，还有推理型工作，这主要指非数值计算性的工作，它涉及的信息量大，经验性 强，必须基于知识和经验上的思考、推理、判断来解决【1 2 l 。对于数值计算，计算机 能够比较圆满地完成数值处理性的工作。对于推理，必须引入人工智能，才能摆脱 设计软件仅作为设计辅助手段的局面，使之参与甚至主导设计过程的决策。 总之，目前轴承的设计系统正朝着智能化、网络化的方向发展，而a s p 模式的 出现，更加速了轴承设计系统的网络化进程。 1 3 课题的依托项目和研究内容 1 3 1 课题的依托项目 本课题依托于河北省科技攻关计划“基于网络的机械设计平台资源建设级应用 技术开发，项目编号：0 6 2 1 2 0 4 d 。 1 3 2 课题的研究内容 本课题的研究内容是设计并开发一个a s p 模式下的轴承设计系统( 包括滚动轴 承设计与滑动轴承设计两个子系统) ，实现有关滚动轴承和滑动轴承资料的查询与 设计计算，生成设计报告。即开发一个轴承参数选择、性能计算的计算机辅助轴承 选用设计软件，帮助设计人员正确选用、设计轴承，简化设计过程。该软件设计完 成后除了可安装在网络应用服务供应商的服务器上，由其通过网络给商家或个人提 供应用程序的租赁和管理外，还可用于具有一定经济实力和网络条件的企业，同样 会大大增强企业的市场竞争力。 滑动轴承设计系统，考虑到其种类较多，设计方法不尽相同，所以本次设计选 择液体动力润滑径向轴承。把轴承设计的每个步骤代码化，按照其步骤，把相关的 数据信息储存起来，在设计完成后，以文字的形式把设计计算的详细步骤进行汇总， 可通过打印的方式，使用户看到设计液体动力润滑径向轴承的具体过程。 滚动轴承设计系统，在实现其基本参数和性能查询的基础上，设计滚动轴承专 家系统。根据滚动轴承尺寸和技术参数的特点，运用数据库设计的有关知识分别设 计深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和推力球轴承等的数 4 第1 章绪论 据表结构，确定表中的字段含义、类型和限制，并录入有关数据，建立表之间的关 联，设计基本查询的存储过程；设计服务器浏览器模式的多条件滚动轴承查询模块 ( 包括查询条件的组合方式，与后台数据库的连接方法以及查询界面设计) ；设计 滚动轴承设计、选用知识库，并开发滚动轴承选择、设计计算和校核的专家系统模 块。 具体研究内容包括：系统总体框架设计、系统功能模型设计、数据库的构建和 人机交互界面的设计与实现。 1 4 课题的科学意义和应用前景 制造业信息化是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合， 推迸设计制造数字化、生产过程智能化和企业经营管理信息化。国家中长期科学 和技术发展规划纲要将制造业信息化列为制造业发展的三大方向之一，明确提出 要“大力推进制造业信息化”，全面提升制造业整体水平，并将“数字化和智能化 设计制造 列为优先主题。 制造业信息化是国际制造业发展的大趋势，是支撑制造业自主创新、实现国际 化协作和资源配置、促进制造业优势产业链和区域特色产业集群形成的主要手段。 主要表现为集成化、协同化和服务化。 ( 1 ) 集成化制造业信息化技术正在从重点支持产品设计制造向支持产品全 生命周期管理发展；从进行企业内业务集成向跨地区、跨企业、跨国界的全球业务 集成拓展。 ( 2 ) 协同化国际化的协作和资源配置需要实现制造业产业的协同和企业的 协同，大型跨国公司广泛应用数字化综合能力平台，实现信息化集成应用、协同工 作和资源的全球配置，以最大限度地利用全球优势资源、降低成本，在竞争中占据 制高点。 ( 3 ) 服务化以公共服务平台为基础，采用一对多的服务方式，提供制造业 信息化的应用服务，支持企业的业务过程、实现企业间的信息和业务集成。 目前，我省制造业信息化工作在示范工程的带动下取得了一定成绩，各行各业 对信息化的重要性已有深刻认识，大型企业和经济效益较好的中小型企业纷纷建立 自己的局域网，积极应用e r p 、c a x 等软件提高自己的管理和设计能力。但占我省 企业总量9 0 以上的中小型企业绝大多数由于资金短缺、i t 人才匮乏等原因而止 步于信息化的门前。 a s p 模式是解决上述问题的最佳方式之一。它利用互联网为企业提供经营、管 理、技术、人才等多方位的租赁式服务，不仅可使企业避免建网、购置软件、培养 专门i t 人才等信息化实施的高额费用，而且还可使企业得到专业化的服务、享受 5 河北科技大学硕士学位论文 最新技术、避免快速发展被淘汰的风险，极大地提高企业信息化的水平，从而成为 未来企业信息化的主导方向之一【3 1 3 9 1 。 因此，我国各地都在加快制造业信息化a s p 平台建设的进程，有的是面向区域 经济建设的，如：重庆、广州、上海、泉州、河南、湖北等都已建立了面向本区域 a s p 公共服务平台；有的是面向行业的，如：医药、纺织服装和铸造等行业都建立 了信息化公共服务平台。 我省在科技厅的大力支持下，已由河北天讯公司负责初步建成“河北省制造业 信息化a s p 公共服务平台 ，并对外开放( 首页地址：w w w t i a n x u n a s p t o m ) 。但目前 该平台主要是一些公共信息的发布，如科技新闻、信息化文库、企业名库、产品展 示、技术论坛等，缺乏为企业提供真正服务的资源和技术，企业看不到如何利用该 平台解决自己的问题。因此，企业缺乏加盟的积极性，平台不能充分发挥应有的作 用。 本课题本着集中精力、有限目标的原则，开发一a s p 模式下的轴承设计系统， 并将其应用于我省制造业信息化a s p 平台，提供滚动轴承和滑动轴承基本尺寸参数 及结构图、代号、寿命、润滑方式及配置方式等查询服务和设计计算服务，提高设 计人员的工作效率，从而吸引广大企业加盟。成果还可对a s p 开展其它领域的服务 起到示范作用，对我省制造业信息化产生深远影响，具有广阔的应用前景。 6 第2 章系统总体框架设计研究 第2 章系统总体框架设计研究 2 1 本课题网络架构技术简介 本课题采用基于w e b 的网络架构：服务器和客户端浏览器。服务器主要对事务 进行逻辑处理，而用户对服务器上业务逻辑的影响，使w e b 应用往往具有复杂性和 高度动态性的特点。平台采用基于n e tf r a m e w o r k 的3 层架构。如图2 1 所示。从 本质上讲，层代表了一个应用程序的主要功能。其中系统3 层架构模式的各层分别 对应系统功能的3 个方面。 ( 1 ) 数据层包含数据存储和与它交互的组件或服务。这些组件和服务在功能 上和中间层相互独立。 ( 2 ) 中间层包括一个或多个组件服务，它们应用业务规则、实现应用程序逻 辑并完成应用程序运行所需的数据处理。作为这个过程的一部分，中间层负责处理 来自数据存储或发送给数据存储的数据。这些数据处理都被包装成相应的w e b 服务。 ( 3 ) 表示层从中间层获得信息并显示给用户。该层同时也负责和用户进行交 互，比较返回的信息并将信息回送给中间层进行处理。 表示层 中间层数据层 ( 数据显示) ( 业务逻辑)( 数据存储) 客户端 服务器 服务器 图2 1 n e t 的三层架构 2 2 本课题网络架构的优点 n e t 框架在c l r ( 通用语言运行时) 的基础上，提供了完善的基础类库、数 据库访问技术a d o n e t 和网络开发技术一a s e n e t ，可以有效地降低系统 开发和管理的复杂性，提高经济效益。 基于n e tf r a m e w o r k 的3 层体系结构因为每一层都可以独立地修改，这种分层 的设计方式很有优势。我们可以修改业务层，不断地从数据层接受相同的数据，并 把这些数据传递到表示层，而不用担心出现歧义。我们也可以修改表示层，使得对 于外观的修改不必改动下面的业务逻辑。 2 3 基于w e b 的数据交换模式设计 7 河北科技大学硕士学位论文 w e b 应用的基本元素包括浏览器、网络和w e b 服务器。浏览器向服务器请求 w e b 页，w 曲页可能包括由浏览器解释执行的客户端脚本，而且可以与浏览器、页 内容和页中包含的其他控件( j a v a a p p l e t 、a c t i v e x 控件和插件等) 进行交互。用户 向w e b 页输入信息或通过超级链接导航到其它w e b 页，与系统进行交互，改变系 统的“业务状态”。 基于w e b 的轴承设计系统灵活采用了瘦、胖w e b 客户端和w e b 传输模式。其 中，数据库的基本查询和浏览服务采用瘦w e b 客户端，最大限度地降低了客户端的 软件安装要求；有关的科学计算模块采用胖w e b 客户端模式，降低了客户端与服务 器的交互次数，减少了用户的等待时间；在数据的后台管理上，采用了w e b 传输模 式，保持客户端与服务器的开放连接，以便进行较长时间的、较复杂的会话。 ( 1 ) 瘦w - e b 客户端适用于基于i n t e r n e t 的应用，对客户端配置几乎没有控制。 客户端只需要标准w e b 浏览器，可以请求和显示标准的h t m l 页面。所有的业务 逻辑都在服务器上执行。客户端浏览器通过h t t p 协议向服务器请求页面资源，服 务器将被请求的u r l 解析为文件系统中的文件，或者由应用服务器处理并可能改 变业务状态，得到请求的页面，返回给客户端。 ( 2 ) 胖w e b 客户端胖w e b 客户端对于可以确定客户端配置和浏览器版本的 w r e b 应用是最适合的。客户端通过h t t p 与服务器通信，使用d h t m l 、j a v aa p p l e t 或者a c t i v e x 控件执行业务逻辑。h t t p 的无连接特性，决定了客户端脚本、a c t i v e x 控件和j a v a a p p l e t 只能同客户端对象进行交互。图2 2 显示了模式中对象之间的关 系。 图2 2 胖w e b 客户端模式中对象之间的关系 客户端显示接收的页面时，执行嵌入的脚本，这些脚本通常可以在不同的线程 中执行，通过d o m 接口与页面内容进行交互。 ( 3 ) w e b 传输模式w e b 传输模式除了使用h t t p 负责客户端和服务器的通信之 8 第2 章系统总体框架设计研究 外，还可以使用i i o p 和d c o m 等协议以支持分布式对象系统。w e b 页面通过远程 对象桩和远程对象传输协议与远程对象服务器通信，由服务器管理远程业务对象的 生命周期，向客户端对象提供服务。图2 3 显示了各组件之间的关系。 图2 3w e b 传输模式中组件之间的关系 2 4 系统总体功能模型设计 本课题总体功能模型主要包括在a s p 平台上集成滑动轴承、滚动轴承等两个子 系统，同时建立了信息反馈与修改机制、加盟企业及其加盟策略等内容。其总体功 能模型如图2 4 所示。 加盟企业卜叫 a s p 平台卜一 加盟策略 滑动轴承设计系统il滚动轴承设计系统 图2 4 系统总体功能模型图 ( 1 ) 滑动轴承模块功能模型滑动轴承设计系统包括查询部分和设计部分， 其功能结构如图2 5 所示。其中，滑动轴承查询包括轴瓦材料性能查询、标准轴承 滑动轴承设计系统 l j 查询 设计 0士 上上 轴轴轴许轴 及打 瓦承承用承 详 材参座载尺 细 结印 料数尺荷寸 设 果设 性 寸及 计 计 能轴 算 过 程 套润 滑 图2 5 滑动轴承设计系统功能模型 9 河北科技大学硕士学位论文 座尺寸查询、常用轴承参数查询、润滑剂选用及润滑方式选用。动压径向滑动轴承 设计是本模块的主要功能，用户只需要根据系统提示按步骤输入或选择设计参数，最 后就可以得到相应的设计结果，并可以通过系统支持的打印及保存功能打印或保存 为w o r d 文档。 ( 2 ) 滚动轴承模块功能模型滚动轴承设计系统包含两个子模块：查询模块 和轴承的设计模块，其功能结构如图2 6 所示。查询模块包括轴承尺寸及性能参数 图2 6 滚动轴承设计系统的功能模型 查询、结构简图查询、润滑方式选用、轴承预期寿命查询、轴承代号与性能查询和 轴承配置方式查询等功能，其中查询的轴承代号包括内径代号、前置代号、公差等 级代号、游隙代号、类型代号等；滚动轴承设计模块包括3 类轴承的设计，能完成 深沟球轴承、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的设计计算。 2 5 本章小结 本章主要介绍了课题所采用的基于n e tf r a m e w o r k 的3 层架构，基于w e b 的数 据交换模式，即瘦、胖w e b 客户端和w e b 传输模式相结合的数据交换模式。设计 了系统的总体功能模型，在a s p 平台上集成了滑动轴承、滚动轴承设计等两个子系 统，并给出了每个子系统的详细功能模块。 1 0 第3 章系统详细设计 第3 章系统详细设计 3 1 滑动轴承设计系统详细设计 滑动轴承设计一般包括结构选型和性能计算两方面。不同轮廓的轴承具有不同 的特点，可适用于不同的工作条件。如高速轴承，可选用稳定性好的多油叶、多油 楔和可倾瓦轴承；而低速重载情况下则适宜选择结构简单的圆柱轴承，为保证轴承 具有足够的可靠性、优越的技术性能与经济效果，在选定轴承型式后，须作精确的 轴承性能计算。 3 1 1 滑动轴承查询模块 滑动轴承查询模块主要包括轴瓦材料性能查询、标准轴承座尺寸查询、常用轴 承参数查询、润滑剂选用及润滑方式选用等。查询模块实现的流程框图如图3 1 所 示。 图3 1 滑动轴承查询流程图 3 1 2 滑动轴承设计模块 滑动轴承设计过程是一个经验参数选取、数值计算、结果分析、评价，再 选参数、再计算、再评价的多次反复过程【4 们。在整个过程中，需要查阅很多表 河北科技大学硕士学位论文 和图形，才能确定某参数值，为了系统的方便性和可操作性，有必要把求解的 各个步骤功能化和模块化。滑动轴承设计过程的流程图如图3 2 所示。 l 许用油膜厚度 0 i 摩擦系数，流量系数 润滑油温升，入口温度校核 j 自动生成图形 l 打印设计过程及结果 图3 2 滑动轴承设计过程的流程图 由于滑动轴承所处的工况条件不一样，因此对于求滑动轴承的载荷要专门建立 1 2 第3 章系统详细设计 一个模块叫模块，使系统的通用性得到延伸。对于不同的工况条件，其使用的 宽径比、润滑油的牌号等均不同。把系统功能化、模块化不但使设计工作清楚明了， 而且对于实现系统的代码编写工作也变得更加容易。设计计算的详细步骤如下： ( 1 ) 由求载荷f 的功能模块求出设计的滑动轴承载荷值f ，选择所设计的轴承 类型以及轴颈直径d 和工作转速n 。 ( 2 ) 根据不同的工况条件选择宽径比b d 的值。一般轴承的宽径比b d 在0 3 0 5 范围内。宽径比小，有利于提高运转稳定性，增大端泄量以降低温升。但轴承 宽度减小，轴承承载能力也随之降低。高速重载轴承温升高，宽径比易取小值；低 速重载轴承，为提高轴承整体刚性，宽径比易取大值；高速轻载轴承，如对轴承刚 性无过高要求，可取小值；需要对轴承有较大支承刚性的机床轴承，易取较大值。 一般机器常用的b d 值为：汽轮车、鼓风机b d = 0 3 - 1 ；电动机、发电机、离心泵、 齿轮变速器b d = o 6 1 5 ；机床、拖拉机b d = o 8 一- 1 2 ；轧钢机b d = 0 6 0 9 。 ( 3 ) 计算滑动轴承的轴承宽度。在该步骤中，所用的公式为： b 2 黝d ( 3 1 ) ( 4 ) 计算轴颈圆周速度和轴承工作压力。由前面所得到的数据，由公式 d n v = 一 6 0 x 1 0 0 0 f 3 2 、 得到轴颈圆周速度，由公式： f p2面(3-3) 得到滑动轴承工作压力。 ( 5 ) 选择轴瓦材料，在此步骤中需要查“常用金属轴承材料性能”表，由表中 的最大许用值，在保证p s 【p 】，蜓【v 】，p v p v 的条件下，选择符合条件的轴承材料。 ( 6 ) 由转速n 初估润滑油的动力粘度n ，这是轴承设计中的一个重要参数。它 对轴承的承载能力、功耗和轴承温升都有不可忽视的影响。轴承工作时，油膜各处 温度是不同的，通常认为轴承温度等于油膜的平均温度。平均温度的计算是否准确， 将直接影响到润滑油粘度的大小。平均温度过低，则油的粘度较大，算出的承载能 力偏高：反之，则承载能力偏低。设计时，可先假定轴承平均温度( 一般取t i n = 5 0 - - - 7 5 ) ，初选粘度，进行初步设计计算。最后再通过热平衡计算来验算轴承入口油 温t i 是否在3 5 - - - 4 0 直间，否则应重新选择粘度再作计算。 对于一般轴承，亦可按轴颈转速n ( 单位为r r a i n ) 先初估油的动力粘度为q ( 单位为p a s ) ，即r l7。 n ：( n 6 。0 f ) - i 3 1 0 7 埔 ( 3 4 ) 1 3 河北科技大学硕士学位论文 ( 7 ) 计算相应的运动粘度值v ，由公式： v i - 翌 p 得出其相应的运动粘度值来，可见v 不但与动力粘度r 1 有关， 润滑油的密度p 相关，由于这里是初估，并且油的密度变化不大， 的过程中取p = 9 0 0 k m 3 ，v f 的单位为c s t 。 ( 3 5 ) 而且与所选用的 所以这里在计算 ( 8 ) 由上步求得的值，查阅“常用工业用油的粘度值 表，选定全损耗系统用 油的润滑油的牌号。 ( 9 ) 选定平均油温t m ，查“几种全损耗系统用油的粘一温曲线图”，如图3 3 所 示，求该温度值下，对应的运动粘度v 。公式如下： v ：旦 p ( 3 6 ) - ，盘 图3 3 几种全损耗系统用油的粘一温曲线图 由于粘一温曲线图为曲线，采用曲线拟合的方法，得到范围内任意温度值所对 应的运动粘度v 。 ( 1 0 ) 把该温度下的运动粘度v 换算成所对应的动力粘度值，单位p a s 。 ( 1 1 ) 计算相对间隙值、i ，相对间隙主要根据载荷和速度选取。速度愈高，、i ，值 应愈大；载荷愈大，、i ，值应愈小。此外，直径大、宽径比小，调心性能好，加工精 度高时，、i ，值取小值，反之取大值。 一般轴承，按转速取、i ，值的经验公式为： 1 4 第3 章系统详细设计 ( n 1 6 0 ) 4 7 9 1 0 3 1 佃 ( 3 7 ) 式中n 为轴颈转速，单位为r m i n 。一般机器中常用的、l ，值为：汽轮车、电动 机、齿轮减速器、i ，= 0 0 0 1 o 0 0 2 ：轧钢机、铁路车辆4 1 = 0 0 0 0 2 , - - , 0 0 0 1 5 ；机床、内 燃机4 1 = 0 0 0 0 2 - 0 0 0 1 2 5 ：鼓风机、离心泵、i ，= o 0 0 1 0 0 0 3 。 ( 1 2 ) 计算直径间隙a ，由公式= 1 l f d ，这个数据跟滑动轴承的配合有关系。 ( 1 3 ) 计算承载量系数c p ，所用公式： c p ：竺竺 。2 r t v b ( 3 8 ) ( 1 4 ) 根据承载量系数求对应的轴承偏心率x ，需要查阅“有限宽轴承的承载量 系数c p 表，运用插值的方法，在系统中用程序体现。 ( 1 5 ) 求最小油膜厚度h m i n ，公式如下： h m i n = i d l l ，( 1 一x ) z ( 3 9 ) ( 1 6 ) 按加工精度，查阅“表面微观不平度十点高度i 也值”表，查出轴颈表面 粗糙度等级和轴承孔表面粗糙度的等级，取轴颈等级的值为r z l ，轴承孔等级的值 为r z 2 ，单位都为m m 。对于一般轴承，可分别取r z l 和r z 2 值为3 2um 和6 3u m ，或者1 6 l ai n 和3 2 um ；对于重要的轴承可取为o 8 l am 和1 6 um ，或者0 2 p m 和o 4l am 。 ( 1 7 ) 求许用油膜厚度【h 】，公式为： 【h 】= s ( r z l + r z 2 ) ( 3 1 0 ) 其中，s 为安全系数，考虑到表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，一般s 的 取值均为大于等于2 。然后将【h 】和h m i n 进行比较，只有当 h h m i n 才满足可靠性 要求。 0 8 ) 计算轴承与轴颈的磨擦系数，公式如下： 厂：三坐+ o 5 5 1 l re ，= 一一+ i i ) ，1 l r e 1 l r p ( 3 1 1 ) ( 1 9 ) 由润滑油流量系数线图，如图3 4 所示，查出润滑油的流量系数，这个步 骤由宽径比和偏心率，查出润滑油的流量系数删的值。 ( 2 0 ) 计算润滑油温升at 和润滑油入口温度t i 。计算润滑油温升的公式如下： 厂 一( 古) p a t = = - ：! ：，一 c p ( 上i + 坐 、l l r v b d 7 y v ( 3 1 2 ) 计算润滑油的入口温度公式为： 1s 河北科技大学硕士学位论文 图3 4 润滑油流量系数线图 af 例一了 ( 3 1 3 ) 一般t i = 3 5 4 0 ，或其周围的值。 ( 2 1 ) 生成相应的轴的受力方式图和滑动轴承的简图。 ( 2 2 ) 将以上所有步骤及其结果打印出来，提交给用户。 对以上步骤进行整理和归纳，动压径向滑动轴承设计的设计计算流程图如图3 5 所示。 3 2 滚动轴承设计系统详细设计 滚动轴承设计系统主要采用面向对象的模块化设计思想。设计系统由滚动轴承 查询模块和设计计算模块组成。滚动轴承设计系统的过程视图如图3 6 所示。用户 通过用户界面的要求输入相关的查询信息，系统通过关键字对轴承数据库进行检 索，经过信息的匹配来调用相应的存储过程，将符合要求的查询结果输出给用户。 同时，系统还为用户提供了滚动轴承的结构图，以便用户更方便地了解所查询的轴 承结构和参数。当然，如果系统数据库中没有符合条件的参数，或者用户输入了非 法信息，系统会弹出警告信息，提示用户如何进行正确操作。滚动轴承的设计与校 核工作也是由用户输入或选择工况条件、设计参数、轴承