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篇1
(一)現階段工程機械變速箱生產流程
傳統的變速箱的加工、裝備生產線大都由如圖一以下幾個步驟共同構成。
(二)工程機械變速箱生產中存在的問題
傳統的變速箱加工、裝配流程雖然能夠較大限度內提供數量較為穩定的工程機械變速機但是由于其針對原有技術進行改造的投入較大，使得現階段變速箱成本較高，質量以及生產效率不足。例如，在某工程機械廠的實際工程機械變速箱生產過程中，通過這種“單流水線”的方式，將部位安裝生產線路與總變速箱安裝生產線路共同布設，并對裝配的工程機械變速箱進行實施檢測，這種方法雖然能夠保障實際變速箱加工的精準程度，但是這種流水線路的改造成本較高，投資與收益不匹配，進而造成工程機械變速箱的實際生產效率較低，質量不高等問題的存在。
二、在變速箱加工環節的工藝方案設計
(一)在變速箱加工環節規劃設計應遵循的原則
在針對工程機械變速箱的加工環節，設計人員應根據以下幾點原則進行針對加工環節的生產線進行設計工作:首先，是需要將針對器械的粗加工、精加工分別進行。由于對于器械的胚體部分加工大都對人員、設備等生產情況的要求并不十分苛刻，同時其加工獲得的利得較低，針對這種情況便可以選擇一些設備較為陳舊，但仍能夠正常運轉的“老廠”進行粗加工后，再轉換到新產進行后續的加工環節。其次，應在預算內資金允許的范圍內最大限度的購設專業的變速箱機床，以便提升生產后變速箱的精度情況。如果實際情況不允許，則應最大限度的利用企業內現有的設備，應用專業機床進行先對精準的作業施工，而原有機床則用作通用施工。最后，減少不必要的加工中心設置，一方面加工中心的設置普遍會占用較多的企業資金，卻無法為企業貢獻出與之像匹配的收益。
(二)在變速箱加工環節應注意的規劃問題
在實際工作中針對加工環節的規劃應從以下幾個方面入手(如表一)。
三、在變速箱裝配環節的工藝施工設計
截至目前，我國常見的變速箱裝配生產線應包括下述五個環節:首先是針對變速箱中零部件部分的清洗工作，在這個環節，針對部件的清洗設施將完成全部變速箱內部零件的清洗任務，將加工過程中遺留的油漬等污漬進行清洗，以便后續對于變速箱的安裝配置工作進行。第二步是將清洗后的變速箱部件按照預設的方法進行裝配工作，在這個環節大多書安轉、配置工作都采取“流水”作業的方式，在確保配置正常進行的同時，減少了人工配置可能存在的不確定性，在保證了零部件裝配效率的同時提升的其變速箱體的安裝質量。與此同時，該分裝部分可以與總裝生產線并排布設，這種情況最大限度的減少其在配置環節的周轉作業，大大提升了其變速箱的生產、流轉效率。第三步，在變速箱的裝配工作環節，通過規劃、選用最能減少總裝區域面積的“地下返回式”循環線路能，不僅僅能夠在最大限度內提升其進行裝配祖業的便捷程度，更能明顯的減少其所占用的工廠面積從而緩解工廠用地緊張的情況。第四步，在變速箱的磨合緩解采取“空載”的方式進行針對變速箱的磨合工作。最后，是針對變速箱的噴漆環節。在實際設計工作中可以采用自動噴漆流水作業的形式，用機器噴漆的方式代替人力噴漆的方式，使其在保證變速箱噴漆質量的同時增加生產線上噴漆的效率。
四、結語
綜上所述，只有加強工程機械變速箱生產線的合理規劃，才能保證其生產效率，提高生產質量。
作者:孫曉飛 李明明 鄧 寧 單位:山東上汽汽車變速器有限公司
參考文獻:
［1］梁娟．工程機械變速箱生產線的規劃設計［D］．吉林大學，2005．
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“和諧社會”的概念提出以后，從長遠來看，其政治意義遠遠超出迄今為止人們所討論的范圍。它不僅僅是“科學發展觀”、各種社會關系之間的和諧或者社會與自然之間的和諧，也不僅僅是執政黨執政模式的變化。從更深人一步說，和諧社會及相關各種目標的實現，會導向政府和人民之間社會契約關系的重建，而這種契約關系的建立和鞏固都有賴于一個社會的公民概念以及體現公民特征的文化傳統的傳承和加強，有賴于一個公民文化所體現的共識。可以說沒有公民文化，政府和人民之間的契約便無從談起，蘊涵在契約文化中的民主、自由等現代文明的價值觀就會被暴力、零和搏弈等前現代文明的價值觀所取代，和諧社會的構建最終也會失去其制度保障。因此，和諧社會意味著一種基于公民文化的契約型國家治理制度。缺乏公民意識，也是中國在政治文化上與先進國家最大的差距，因此，重塑公民文化是當前構建和諧社會最緊迫的任務。
一、公民文化的身份認同觀
1.公民的涵義
公民一詞起源于古希臘羅馬時代。在古希臘、古羅馬，公民指的是在法律上可以享有政治權利的自由民，而非公民的奴隸和外國人在法律和社會兩個層面都是受到歧視的對象。公民是一種身份，一種作為國家認可的構成成員的身份的符號。17世紀洛克、盧梭等人的天賦人權論使公民一詞走向普遍化。
《不列顛百科全書》把公民定義為:“公民資格指個人同國家之間的關系，這種關系是，個人應對國家保持忠誠，并因而享有受國家保護的權利。公民資格意味著伴隨有責任的自由身份。公民具有的某些權利、義務和責任是不賦予或部分賦予在該國居住的外國人的。完全的政治權利，包括選舉權和擔任公職權，是根據公民資格獲得的。公民資格通常應負的責任有忠誠、納稅和服兵役。”
公民是法律上的概念，強調社會成員的權利義務平等性。公民在法律面前人人是平等的，沒有奴役，沒有特權，也沒有歧視。
與“公民”相對應的是“國民”，與“公民”相對立的是的“子民”。“國民”表明一個人的國籍，而“公民”除了表明國籍外還有更深的內涵，說某人是某國公民，內涵此人與該國其他公民的地位相互平等，擁有相應的權利與義務。“民”就是老百姓的意思了，為什么要加一個“子”字呢?《禮記》中說:“子，謂所獲民臣”。按照這個說法，“子民”就是不管內心愿意與否都必須臣服的老百姓，它所襯托的是依附型人格、身份差別，所以，在封建社會，“子民”也可以用“臣民”來代替，“率土之濱，莫非王臣”就是“子民”的真實寫照。在當前中國社會的習慣性詞語中，老百姓遠比公民有位置，這也從一個側面說明了公民文化的缺失。
2.公民身份與公民文化
公民身份擯棄了個人身上一切人為的差別，只要在一個政治共同體中具備了公民身份就會享有基本相同的權利和承擔基本相同的責任義務，因此，一個社會公民身份的普遍實現取決于政治的公共性，取決于身份平等的文化傳統。我們很難想像，一個受到文化傳統支撐的身份不平等社會會是一個和諧的社會。公民身份的普遍認同就構成了一個社會的公民文化，這種以認同為基礎的公民文化是一種摒棄了等級特權的的政治文化，它要求徹底擺脫人身依附關系，建立一種無論任何人都不能違反的法律制度以及對公共權力持有的高度警惕。同時，它還是一種自由的政治文化，在公民文化中，公民們視追求政治自由、言論自由、宗教信仰自由和經濟自由為天經地義，它鼓勵個性和自我，認為個人的意志、利益、愛好和享受，從最終價值上看高于家族、集體、民族和國家。
在當代，公民文化漸漸取代傳統的血統認同和傳統認同成為了當代許多民族國家的凝聚力和認同基礎而成為世界認同文化的主流，認為公民文化在某種程度上是化解種族仇殺、階級矛盾、意識形態沖突這些人類社會在上個世紀遺留下來的最終難題的惟一解決辦法。在所有的公民文化解決方案中，德國政治學家哈貝馬斯提出的“憲法愛國主義”觀念顯得十分突出。
二、公民文化觀的現代特征—憲法愛國主義
一個追求和諧的社會必定不會是追求以暴力或以暴力威脅的原則來平衡利益的社會，一個以“和而不同”為特征的和諧社會必定要用以理性協商和妥協的方式來解決利益的沖突，所以和諧社會必須要尋求社會認同。傳統的認同價值，如血統認同、種族認同、傳統認同等由于其包含的排斥性因素而顯得不寬容，這種不寬容如果發揮到極至，暴力原則的解決方案就會接踵而至，這樣的事例在歷史上、在當代都是層出不窮的。對此，哈貝馬斯提出的“憲法愛國主義”觀給我們以重要的啟示，憲法可以作為公民文化的象征發揮其整合社會的巨大作用，一個追求和諧的社會在具體操作上可以以憲法追求其認同價值。
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【Keywords】chemical machinery； design； material
【中圖分類號】TH122 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0139-02
1 引言
隨著社會生產力的發展，化學工業的生產進入到一個全面發展時期，新的技術與手段層出不窮，使得化學工業得到更大規模的生產和發展，為人們的生活和社會的發展增添了大量的物質財富，加快了社會發展進程。在化工機械設計過程中，選擇優質且合適的材料至關重要。做好這一項工作，不僅有利于促進化工生產的發展，提高設備工作效率，而且也有利于提高整體的經濟效應，促進發展。
2 在化工機械的設計過程中材料的選擇探討
在我國經濟快速發展這一背景之下，資源的需求以及利用趨勢日益上升，目前大多數用于機械設計的相關材料已經被大量開采，甚至于有些材料已經成為稀缺資源，因此，在化工機械設計過程中對于材料的選擇方面更要慎重。在此討論在化工解析設計過程中哪些材料是適合機械設備設計過程的，以此為后續的材料應用奠定基礎。
2.1 對于載荷型材料的選擇
在化工機械的設計過程中，一般來講，對于材料的選擇方面需要考慮材料的載荷性能，而從材料的載荷性能考慮的話，又可以分為兩個方面。
一是在外載荷力的作用下，零部件出現扭轉的情況時，應力大多集中在材料的表層，這就表明，材料的表面性能直接決定著零部件的控制效果。因此，在材料的選擇方面，假若機械材料需要承受載荷力，就可以選擇低碳鋼滲碳或者是中碳鋼調質的方式對材料進行加工，通過以上方法來確保機械產品的質量[1]。
二是對于一些能夠承受壓縮或者是拉伸作用的材料，載荷力一般是作用在零件的橫切面，可以使得橫截面的應力均衡受力，這就需要在化工材料的選擇方面選擇一些性能分布均勻的材料，以此來保障在機械設計的加工、生產等環節對材料進行高效作業，促進化工工業的發展。
2.2 對于碳素鋼與合金鋼型材料的選擇
在化工機械的設計過程中，碳素鋼是一種比較常用的材料，究其原因，正是因為碳素鋼這一材料在價格方面比較實惠、加工的工藝也比較便利，從而被廣泛使用。盡管碳素鋼這一材料存在多個方面的優勢，但是也存在碳素的韌性和強度比較差這一缺點，這就使得中等以上的材料不能被完全形成，正是由于這一缺點的存在促使碳素鋼這一材料不能被廣泛使用在化工機械設計過程中。
隨著科技的進步與發展，可以在碳素鋼中加入合金，從而形成一種新的材料，即為合金鋼[2]。這一材料在淬透性、韌性、強度等方面都得到了較大的提高，并且由于合金的加入也提高了這一材料的耐磨性。
因此，在化工機械的設計過程中，為了充分利用材料，當遇到零部件橫截面積大、材料外在荷力大以及需要對材料進行淬透時就可以使用合金鋼這一材料，而其他情況則使用碳素鋼就可以得到解決。
3 在化工機械的設計過程中材料的應用探討
在了解化工機械的設計過程中所需要使用的材料之后，如何將所選擇好的材料應用于化工機械中呢？為此，論文就針對于此，提出以下幾個方面的探討和研究。
3.1 經濟性與實用性相結合，合理應用機械材料
針對化工機械設計材料的運用，首先要遵循經濟性與實用性相結合的原則，為化工機械的設計奠定基礎。材料運用的經濟性與實用性的統一，需要充分考慮到兩個方面的內容。
一是應用于機械設計中的材料要按照零部件的加工工藝標準，機械加工過程中所要使用的工藝技術也有多個種類，如切削工藝、鑄造工藝、焊接工藝等，不同的工藝技術對材料的運用要求也是不同的，比如說切削工藝要求材料的應用符合切削工藝可操作性特征，因此，在材料的應用過程中要在工藝技術不同要求的基礎上合理使用。
二是需要強調材料應用中的經濟性，在化工機械設計^程中，在保障各項材料符合工藝要求的前提之下，科學合理地對材料加工成本進行有效的控制，從而為后續工作的順利開展奠定基礎[3]。
3.2 環保性與節能性相結合，減少機械材料的損耗
針對化工機械設計材料的運用，需要在使用的過程中遵循環保性與節能性相結合的原則，從而有效提高資源利用率。隨著我國經濟的快速發展，不斷增長的經濟與不斷消耗的資源成為主要的一組矛盾，如果一味地追求經濟效益，勢必會給社會的發展帶來不利的結果，因此，對于化工機械設計材料的選擇，不僅要考慮到對環境的保護，也要考慮到成本的輸出。在化工機械的設計過程中，做到環保性與節能性的統一，有利于促進我國生態環境社會的發展和建設，也是可持續發展對化工機械設計工作所提出的新要求。比如說，在機械設計鑄件的環節中，就需要充分考慮這一環節所使用到的材料在環保方面的問題，在環保觀念下盡可能地合理使用材料，在最大程度上節約原材料和成本，減少不必要的能源消耗，從而做好化工機械設計工作。
4 結語
機械設備是化工生產正常且穩定運行的一個先決條件，而在機械設計過程中對材料的選擇和應用是機械設備設計中關鍵性的一個環節，也已經成為一個深受社會大眾關注的問題，由此可見，做好化工機械設計中材料的選擇，并且在此基礎上進行合理的運用至關重要。為此，論文就以此為主要的討論方向，針對在化工機械設計過程中如何做好材料的選擇工作，并且在此基礎上進行合理地運用，促進化工機械設計工作得到順利開展，從而提高化工機械設備的工作效率，進一步提高化工生產的質量。
【參考文獻】
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0.引言
當前，各種化工機械設備廣泛應用于工業生產中，化工機械設備的種類繁多，由化工機械設備造成的化工機械傷害繁多。化工機械傷害形式是多種多樣，人體受傷可遍及全身各部位，可造成外傷、內傷或內外傷兼有，基于化工機械設備往往帶有化學物質，而許多化學物質對人體有毒，化工機械傷害的后果一般比較嚴重，伴隨傷口感染難以愈合，甚至危及生命。防止化工機械傷害事故是全世界共同關心的問題，現代安全理念不斷強調人本強化模式，對化工機械安全性和人機工程有好度要求越來越高，本質安全成為化工機械設備設計和制造中的主題，從盡量杜絕化工機械設備的不安全狀態出發，規范化工機械操作者的不安全行為，才能有效預防和避免化工機械事故發生。
1.化工機械事故原因
1.1設備的不安全狀態
1.1.1設計不當，結構不合安全要求。
常見設計缺陷有:強度計算不準，材料選用不當，設備的外觀不安全，操作機構不當，結構安全裝置缺乏或有缺陷，發生無功能部件等。
1.1.2制造和安裝不合理。
常見的錯誤有:制造工藝設計不合理，加工精度不夠，熱處理的硬度、強度不夠，裝配不當，漏裝零件，設備內遺留工具、零件。
1.1.3作業環境不安全。
照明光線不足，通風不暢，作業場所狹窄，物料、催化劑、抑制劑、吸附劑等反應組分管理不當等。論文格式。
1.1.4設備維護、維修不良。論文格式。
設備待病作業，由于長期化學品物料腐蝕，設備維修控制不足，保養不全，部分化工生產設備運行周期相當長，一旦反應開始，就難于中止，況且中止的成本和安全隱患更加巨大，這就導致設備維護和維修中的不良情況會被放大。
1.2操作者的不安全行為
1.2.1管理松懈，由于我國經濟處于發展中，化工企業好多是小型化作坊式生產，這些企業的規章制度不夠健全，執行不嚴，造成操作者安全防護意識非常淡薄。
1.2.2操作者無安全防護能力，教育培訓不夠，未經培訓上崗，操作者業務素質低，缺乏安全知識和自我防護能力，工作時注意力不集中，不遵守操作規程等。
1.2.3操作者不正確穿戴防護用品，化工生產的防護用品大多比較笨重，有的佩戴起來悶熱難忍，這就間接造成操作者反感和排斥，更不注意設備日常維護和保養，忽視安全。
2.化工機械事故的控制
由上面的分析可知，導致不安全的原因主要是兩個方面的，即物的不安全狀態和人的不安全行為。減少化工機械事故，須從這兩方面入手。
2.1控制物的不安全狀態
2.1.1化工機械設計時體現以物的安全狀態為中心的現代安全設計方法。
現代的化工機械設計應該是全面的系統的設計，除了考慮技術和經濟等方面以外，還應考慮安全設計的內容。
(1)在設計時，必須清楚設備的使用時間、頻率和環境，保證化工機械設備的強度、剛度和穩定性，結構要安全，在規定的載荷和時間內使其完全處于安全狀態。設計必須保證:強度計算準確，所適用的計算理論得當，考慮因素全面，計算時認真、準確。
(2)材料的選用合理，不選用容易腐蝕和化學性質活潑的材料，不選用對人體有害的材料，不選用能與工作介質和物料發生反應而造成危險(爆炸、生成有害物質等)的材料，所選用的材料能滿足強度、剛度的要求，要性質穩定、耐高溫、高壓，有一定的延展性、熱膨脹系數應較低。
(3)在設計時，加裝安全裝置是非常重要的。在這一點上，對于初級化工機械設計者尤為引起重視。化工機械安全裝置是化工機械設備上本質安全附件，其生效的同時要考慮的化學反應的反應中非可控性，妥善做好安全設備觸發反應中的設備“停車”時，對反應物料的處置、回收和排放。對于化工機械安全裝置最常見的有兩種類型:
①是安全防護裝置，這種裝置使操作者不能進入危險區，如:各種化工機械設備的傳動帶、明齒輪、皮帶輪、飛輪等易傷人的零部件，都必須設計安全防護罩或保護屏，使物處于安全狀態。
②是安全控制裝置。安全控制裝置本身并不直接參與人身防護動作，在操作者一旦進入危險區時，控制裝置對制動器進行控制，使化工機械設備運轉。如:采用檢測裝置和控制系統相結合的安全控制裝置，當檢測器檢測時，發現有毒、有害、易燃、易爆等有害因素，且超過規定值后，檢測器自動驅動控制裝置以降低危險水平，或切斷設備電源，停止化工機械設備的運轉。
2.1.2制造和安裝化工機械設備要保證安全要求。
制造和安裝環節也是產生安全隱患主要環節。制造和安裝化工機械設備，必須保證工藝的合理性和科學性，按技術要求制造和安裝設備。安裝要安全可靠。如:安裝大型罐體、反應釜、發生器時，零件保證同軸度要求，齒輪口嚙合調整好配合，設備要水平等。
2.1.3設備的維修維護要及時，保證化工機械設備正常運行。
有計劃進行檢修，注意保養維護(清除反應副產物和中間產物等)，化工機械設備嚴禁帶病運行，發現故障和隱患時，及早進行預防和維護，減少故障的發生和故障停機時間，延長設備的使用壽命。
2.1.4安全的作業環境。
化工機械設備的布局要合理，作業場地要整潔，反應物、催化劑、產品和廢液要分離妥善安置，要防止泄露和離散；較大設備要設置露天處，搭設固定式棚頂；通風系統要良好，留有空地，確保操作人員的作業安全。
2.2控制人的不安全行為
2.2.1加強領導的安全意識，建立健全安全管理組織，建立健全規章制度和操作規程，班組安排要合理，抓好三級安全教育和業務技術培訓，做好監督檢查，督促職工做好安全防護工作。同時落實安全責任制，把責任落實到人，管理到位，保障化工機械設備的安全正常運行。
2.2.2提高操作者的化工機械安全素質和能力。論文格式。人是安全的決定性因素，每一位化工機械操作者都必須經過嚴格而專業的業務培訓，作為特殊作業崗位要考試合格之后才可上崗作業，而且作業時嚴格按照操作規程進行操作，穿戴好勞動防護用品。
2.3.3加強監督撿查。定時定期做好檢查和巡檢。制定檢查清單，認真逐項檢查，特別注意重要的安全部件、保險裝置，檢查要做好記錄，不要流于形式。
2.3.4預防為主。必須認真貫徹和落實 “安全第一，預防為主，綜合治理”的方針，據故障分析資料得知，因故障造成的事故中98%是可以預防的，因人的不安全行為造成的88% ，因物的不安全狀態造成的占10%。借鑒“1:10:100”成本法則，切實做好隱患排查、整改、治理工作，將事故的隱患消滅于萌芽狀態。
2.3.5制定應急預案。系統而科學的辨識危險源，對于重大安全隱患要制定相應的應急預案(責任明確，措施靈活，方法得當，保障到位)，以緊急的情況下控制和遏制事故的發生，防止事故擴大，減少傷害，最大限度地減少事故的損失。
3.結論
綜上所述，加強控制物的安全狀態和人的不安全行為，才能減少導致化工機械設備的不安全因素，才能更有效地減少化工機械事故的發生。對于化工機械生產企業，在生產過程中必須應用各種手段和方法，增強化工機械設備的安全性能，延長設備的使用壽命，最大限度保護勞動者的生命安全，化工機械安全必須引起全社會的高度重視，因為它正是我們化工工作者貫徹落實科學發展觀，牢固樹立安全發展理念，把安全生產放在第一位，促進經濟社會和諧發展的體現。
參考文獻
[1]張新，中國化工安全科學學報[J] .我國的化工機械安全及現狀，2009,19:86-89.
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行星齒輪減速器因具有體積小、重量輕、承載能力高、結構緊湊、傳動效率高等優點而廣泛應用于冶金機械、工程機械、輕工機械、起重運輸機械、石油化工機械等各個方面。UG軟件是集CAD/CAE/CAM為一體的三維化的軟件，它是當今最先進的計算機輔助設計、分析、制造軟件，廣泛應用于航空、航天、汽車、造船、通用機械和電子等工業領域。UG的CAD/CAE/CAM功能模塊有復雜的特征建模、裝配、運動仿真和有限元分析等功能。實現UG有限元分析功能，必須要遵從UG有限元分析的一般過程，構建有限元模型，其中包括自動網格劃分、添加約束與載荷，利用圖形的方式得到模型應力、應變的分布情況。機械優化設計，就是在給定的載荷和約束條件下，選擇設計變量，建立目標函數并使其獲得最優值的一種新的設計方法。
1 齒輪軸幾何參數的初選
通過常規設計方法設計計算出齒輪軸的幾何參數，齒輪軸的齒形為漸開線直齒。分配減速器傳動比，計算齒輪模數，并根據傳動比條件、同心條件、裝配條件和鄰接條件確定齒輪的齒數。齒輪軸的齒輪基本參數如表1所示。
2 齒輪軸的三維建模
利用UG/Modeling模塊建立齒輪軸模型，如圖1所示（去掉網格后的實體模型）。
2.1 網格劃分
網格劃分越密集，計算結果越精確，但是這會使計算時間加長。單元網格的劃分采用UG自帶的3D四面體自動網格劃分，單元尺寸為3mm。網格劃分情況如圖1所示。
圖1 齒輪軸的網格劃分
2.2 定義材料特性
齒輪軸材料選擇20Cr，其材料屬性如下：質量密度 7.850e3kg/m^3，楊氏模量205000N/mm^2（MPa），泊松比0.29，屈服強度等于540N/mm^2（MPa）。
2.3 施加約束和載荷
齒輪軸兩端由兩個滾子軸承支撐，限制了空間5個自由度，只允許轉動。本論文只考慮齒輪軸齒輪處的應力進而對其進行優化，所以為齒輪軸加載荷及約束，安裝軸承處加圓柱形約束，在軸端即與聯軸器相連處施加大小為175.083N·m的扭矩。約束和載荷施加情況如圖2所示。
圖2 齒輪軸的載荷施加
2.4 求解和結果查看
UG軟件的結構分析模塊提供了強大的后處理功能，可以自動生成計算分析報告。齒輪軸的Von Mises應力圖如圖3所示。單元節點最大應力為325.8MPa，基本接近材料屈服強度的60%。總體來說，輸出軸在強度方面不僅滿足了設計要求，而且還有很大的裕量，材料的承載能力并沒有得到充分的利用，這為齒輪軸的優化提供了很大的空間。
圖3 Von Mises應力圖
3 齒輪軸的優化
設計目標：
最小化 模型 重量
設計約束：
模型 Von Mises 應力，上限=320000.000000
設計變量：
a：：p53，初值=38.000000，下限=32.000000，上限=38.000000
最大迭代次數：20
優化結果如圖4，圖5所示。
由圖6迭代分析結果可以看出，在進行第三次迭代的過程中，應力值超出上限，所以，以第二次的迭代結果為準，此時的齒寬為35mm，應力值為295MPa，比較理想。所以常規設計方法得到的齒寬b=38應變為優化設計方法得到的齒寬b=35，此時的應力值為295Mpa，亦滿足強度要求。
4 結束語
本論文利用UG的高級建模功能，在對行星齒輪減速器齒輪軸進行參數化建模的基礎上，建立了有限元模型并進行了有限元分析，得到了齒輪軸的Von Mises應力圖，替代了常規校核的設計方法，大大提高了設計效率。同時對齒輪軸的齒寬進行了優化設計，使得設計方案比原常規設計方案在齒輪軸重量上下降了2.02%。為多個設計變量（如模數、齒數）的單或多目標函數優化奠定了基礎。
參考文獻：
[1]孫恒，陳作模.機械原理.7版[M].北京：高等教育出版社，2002.
[2]濮良貴，紀名剛.機械設計.8版[M].北京：高等教育出版社，2001.
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一、明確課程設置的目的
科學性和思想性相結合是一個重要的教學原則。正確認識一門課程在專業教學計劃中的地位、直接影響著理論力學基礎課的性質。理論力學是物理學的一部分，在化工機械專業的課程體系中，與數學、物理有較緊密的聯系，并鞏固與進一步熟悉已學的數理知識，為學習后續課創造有利的條件。就其在專業教學計劃中的地位、作用及密切結合工程技術問題的應用范圍來看，它又是一門技術基礎課。其任務是使學生在學習物理之后，進一步掌握與熟悉力學中有關基本概念與基本知識，以及物體機械運動的基本規律及其研究方法，并能初步學會運用這些規律解決生產實踐中的問題。為進一步學習與研究相關的科學技術打下堅實的基礎，為畢業后解決高尖端的力學問題準備條件。同時，也為培養學生的邏輯思維能力，并為培養學生的辯證唯物主義世界觀莫定基礎。
二、學習教學大綱，研究教材，搞好教學工作
教學大綱是整個教學過程中的指導性文件，是教師組織教學的依據。教師按照大綱制定切實可行的課程教學計劃，從而使教學過程規范化、條理化，這將有利于貫徹科學性與思想性相結合的原則，培養學生嚴謹的學風，盡而提高教學質量。
根據教學大綱的要求，在總結多年來的教學經驗的基礎上，制定化工機械類專業課程內容，確定教學的深廣度及科學的學時分配，設置合理的課外學時比、課外作業、測驗、實驗課等，注意采用多樣的教學方式，進一步規范了課程教學。這樣，依據教學大綱組織并安排教學，有利于提高理論力學教學起點，合理銜接與其它相關課程的聯系，以培養學生理論聯系實際的能力，切實提高教學質量。
從1990年起，我開始使用新編教材，先后采用過西安交通大學主編的《理論力學》，哈爾濱工業大學主編的《理論力學》等教材。在教學工作中，我對選用過的教材和目前國內外出版的教材進行了詳細的分析比較，認真汲取這些教材的優缺點，并結合我們專業實際要求，制定教學內容，充分發揮這些教材在提高教學質量中的作用。同時，依據培養目標，對少學時教材的內容進行取舍，對理論力學與其它課程教材內容的分工和銜接等問題進行了研究。在教材設置上，化工機械，機械制造類專業的學生要求要有一定的機械設計能力。因此，對理論力學的教學要求應既在于教學的深度，又在于廣度，不宜過分縮小知識面。在這方面知識面寬一些適應性就強一些。要全面考慮課程的系統性和科學性，以及專業的針對性，加強學生的基本概念，解題能力的培養。為了拓寬知識面，增強適應性，教學中，我給學生提供必要的自學條件，通過答疑，學生作習題，進行學習小結等方式，學生進一步理解了教材，掌握了教材。對勇于探究，肯鉆研，程度較好的學生，我通過推薦，補充教材等手段，鼓勵他們深人掌握一些相關內容，充分挖掘了學生的學習潛力。比如，關于科氏加速度產生原因的分析，牽連運動為平面運動點的速度和加速度合成問題，對任意一點的動量矩定理的討論及應用等問題，我都鼓勵學生深入探討，取得了較好的教學效果。
總之，我體會到充分調動學生學習的積極性、主動性，有利于因材施教，也有利于發揮教師的主導作用。我平時對學生作業，考試中常發生的錯誤，答疑時提出的問題等都比較重視。從中不斷總結經驗，尋求規律，總結出學生學習過程中必經的一些臺階。這樣，在不斷的總結中，逐步完善課程教學。
三、開展教學研究，提高教學質量
幾年來，我圍繞理論力學課程改革的方向與教學內容的研究，在調動學生的學習主動性，積極性，培養學生能力等幾個方面開展了教學研究，取得了一定的效果。在調動學生學習積極性、主動性方面，重點談兩個問題:
(一)提高教學起點
教學起點低，又沒有講出“臺階”，會使學生感到枯燥無味，從而放松對自己的要求，也就談不上主動性、積極性的發揮。
提高起點首先要解決如何與物理課更好銜接的問題。比如，點的運動學基本內容在物理課中已經講過。理論力學除了重點講自然法外，其余內容作適當的復習以后就直接應用。在應用中加深對基本理論的理解。首先在點的合成運動，剛體平面運動講完以后，通過范例分析，指出點的絕對運動分析法和相對運動分析法的關系。相對運動分析法中，復合運動法與平面運動分析法的關系。平面運動中，基點法與速度瞬心法的關系，在整個動力學計算中，都要涉及點的運動分析。此時，再反復強調什么時候需要采用建立運動方程，什么時候可以用運動合成法，或者速度瞬心法。這樣把點的運動學問題貫穿在整個運動分析法與動力分析之中。即節省了學時，又解決了起點低的問題，又使基本內容掌握得更熟練、更鞏固。
(二)分層次組織教學
篇7
基金項目：本文系大連理工大學教學改革基金項目（項目編號：MS201223）的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）07-0133-02
“理論力學”是高等院校工科必修的重要技術基礎課，是“材料力學”、“結構力學”、“機械設計原理及過程機械”等主干課程的基礎內容。[1]對于大連理工大學（以下簡稱“我校”）的過程裝備與控制工程專業，講授的“理論力學”有別于其他專業，稱之為“理論力學C”，在授課內容、授課側重點、授課方式及學時方面，與其他專業有明顯區別。通過近幾屆的教學改革，無論是教學方式還是教學內容，都進行了相應的調整，有了較大變化，使教學質量有了較大提高。
但同時也應看到，隨著高等教育理念的改變，特別是最近幾年教育部提出了“卓越工程師”培養計劃，為適應其培養計劃與目標，“理論力學”教學方式也需要得到進一步的改進。特別是要根據“理論力學”課程邏輯性、應用性強的特點，結合本專業對化工設備、成套裝備的要求，對教學內容和教學方法進行相應的改革，最大限度地提高教學效果，達到“卓越工程師”人才培養的要求，這就需要授課講師在教學方法方面仍需探索與研究。
一、“理論力學”教改重要性
“理論力學”的發展已經有多年，內容體系比較成熟，傳統的靜力學、運動學及動力學是經典的三部分授課內容，其理論性、邏輯性和系統性都很好。同時，各個高校不同專業的授課內容也極為接近，基礎知識、理論框架及結構體系都相似。這樣的教學布置優點在于有利于教師之間的交流與合作，缺點在于無法體現出專業特色。特別是教材中的例題、習題都是抽象化后的力學模型，缺少過程裝備與控制工程專業相關的工程例子，這樣的教學內容教師講得費勁、學生聽得迷糊，難以調動學生聽課的積極性，不利于培養學生的綜合能力。
近年來，各高校對眾多課程進行了調整，增加了大量的限選課、選修課，但總學時并沒有變化，因此很多主干課程的學時相應就被壓縮。過程裝備與控制工程專業的“理論力學”課時減少，且學生課后用于該課程的學習時間也大為減少，同時，“理論力學”課程內容也有不足，比如在授課內容的安排上，比較重視經典規律與內容，忽視近現代取得的成果；重視計算過程、輕視力學模型的建立，極少考慮與實際工程的差別。在教學方法上，由于“理論力學”內容多、學時少，普遍采用教師講授的方式，很少有學生直接參與。這些不足，就使學生知識積累和解決問題能力相互脫節，達不到培養“卓越工程師”的目的。因此，為了適應社會發展的需要，培養出具有工程素養的“卓越工程師”型人才，有必要對“理論力學”教學內容、教學方法進行改革與完善。
二、“理論力學”教學改革內容與措施
過程裝備與控制工程專業“理論力學”教學改革的內容，主要思路是強化基礎知識、重點闡述基本概念與定理、改變傳統教學方式、增加實踐環節，大量增加有本專業工程背景的例子，所講授的例題、習題盡量與本專業的工程實際相結合。同時要按照“卓越工程師”培養計劃和培養要求，以及授課教師在以往教學中發現的問題，結合個人教學經驗和他人的教學改革成果，[2-6]對過程裝備與控制工程專業理論力學教學改革提出如下幾點內容與措施。
1.更新傳統教學手段
傳統教學模式主要是板書形式，內容過于單一，無法形象表示出“理論力學”研究對象的特點，這對于學生的理解是不利的。因此，在現代的教學活動中引用多媒體技術進行課堂教學已是大勢所趨，但如何充分發揮其合理作用仍然值得深思。
多媒體教學，不僅僅是指把教學內容做成幻燈片，還應該包括運動機構的實例演示、動畫演示，甚至于一些實驗過程都可以在課堂上播放。這對于本專業的“理論力學”教學只有48學時的情況是非常有利的，可節省大量的在黑板上推導一些繁雜公式和求解過程的時間，可使整個課堂的教學重點內容突出，易于調動學生學習積極性。同時，運用多媒體技術可以演示例題、習題所涉及的機械運動，也可以播放一些工程實例，這些都有助于工程概念淡薄的學生理解課堂內容，在提高學生學習興趣的同時也有利于教師的授課。但要注意，多媒體教學畢竟也只是一種教學手段，要注意其使用的方式、程度，過量的教學信息、頻繁的換屏、花哨的布局，反而會降低學生對教學內容的關注。因此，利用傳統的黑板推導一些重要公式和求解過程，仍然是現代教學中不可替代的教學方式，要充分結合板書與多媒體技術，最大程度地調動學生學習積極性，從而提高教學效果。
2.優化教學模式
傳統的課堂教學模式都是以教為中心的，授課教師在有限的課堂教學時間內為完成教學任務會不自覺地采取滿堂灌、填鴨式的教學方式，尤其是目前多媒體技術普遍應用的情況下，授課教師在增加信息量的同時，也會不自覺地加快授課速度，這將使很多學生只是表面上對一些概念和定理聽懂了、了解了，但實際上并沒有真正吸收并為自己所用，因此做起習題來還是感覺無處下手、感覺很難、甚至一頭霧水，這從測試中就能看出來。
因此，教師在授課過程中要注意調整教與學的關系，充分尊重教學特點，遵循學生是教學活動的主體，體現出以學生為本的教學理念。教師在教學過程中，既是知識的傳授者，又是學生學習的引導者，要著重培養學生分析“理論力學”中所包含的科學問題和解決這些問題所需要的能力，從而不斷激發出學生學習“理論力學”的主動性和積極性，為后續課程的學習奠定堅實的基礎。
（1）啟發式教學。現代教育要與現代大學生的特點相適應，改變以往填鴨式的教學方法，倡導啟發式的教學方式、教學理念，激發學生求知欲，提高學生分析問題和解決問題的能力。教師在授課過程中，要引導學生深入了解事物內部的本質規律，反映在“理論力學”的教學中就是如何具體應用靜力學、運動學與動力學的基本定律來解決構件或者機構的受力特點、運動形式及所受外力。在這個過程中，如何一步步引導學生，由簡入繁、由表及里的考慮問題，使之掌握思考事物內部本質、探求自然規律并能合理利用的能力，就需要在授課過程中不斷努力并實踐。這樣，逐步形成在教師指導下的、以學生為中心的學習過程，也就是說，要體現出以學生為本的教學理念，強調“學生是教學活動主體”的原則。
（2）討論式教學。在課堂教學中引入討論式的教學形式也是一種嘗試，這是學生合作學習和教師指導相結合的一種新的教學方式。主要過程是：教師提前給學生布置要討論的授課內容，學生之間、學生和授課教師之間圍繞與其相關的問題相互討論及交流信息，學生和教師共同參與到教學活動中，學生要表述對相關內容的理解，同時也可以充當教師的角色來引導討論的進行，這對學生也是極大的挑戰，要求他們必須對授課內容有一定的理解。由于本專業上課的人數過多（每學期都在110～120人），往往很難集中在一起進行討論。針對這種情況可采取不同時間段分成小班的形式進行討論，每個小班的人數控制在20人左右，這樣可使每個學生都有表述問題的機會，當然，這就要求授課教師付出更多的時間與精力。該種教學形式，可發揮學生的積極作用，引導學生主動參與學習過程，在獲得知識、解決問題的過程中更能培養其合作精神、創新能力及概括總結能力。
（3）布置小論文。“理論力學”有很多貫穿前后課程的知識點，對于這些知識點，可以提前布置給學生做小論文，題目應該有多個，使學生以團隊的形式來進行，鼓勵學生上網查找資料，小論文成績可作為期末考試的一部分。對這些布置的內容，在檢查的時候，應該以學生為主，讓學生來講解團隊作小論文時的整體思路，求解過程中遇到的問題、解決的方式，以及通過小論文學到的知識點。而教師的角色主要起到提示、引領及總結的作用，培養學生一題多解的發散思維方式、掌握知識的關鍵要點及綜合運用所學知識的能力。當然，小論文的選則還可以適當增加難度，如：與當今重要工程問題相關的例題和習題，用運動合成與分解來分析火箭與衛星分離過程、機械手臂各關節間運動軌跡、運動速度等；增加應用專題內容，如簡單剛體型機械手臂的動力學建模與運動方程的推導，簡單太空機械手臂運動路徑建模與動力學方程的推導。
（4）建立學習網站。在學校的大力支持下，建立了本專業的“理論力學”授課網站，通過該網絡平臺可實現師生間的資源共享。在課程網站上，具有課程介紹、授課內容、重點例題講解、課件內容、典型習題分析、答疑解惑、心得與討論及虛擬實驗室等幾項內容，對這些內容還要及時更新，并盡量做到在線解答問題，能對學生學習、作業過程中遇到的各種問題進行及時解答。這對于在課堂上沒有及時聽講，或者思路跟不上的學生，具有極大的意義，相當于開設了第二課堂。
3.構建合理的考核體系
過程裝備與控制工程專業的“理論力學”考試，改變了以往的單純靠期末考試取得最終成績的方式，采用新的多種考核形式，如最終成績按平時考核與期末考試成績之和，二者的權重分別占30%和70%。平時成績可包括基本的三部分，如果有實驗還需要加上實驗的成績：作業成績，知識點很多，且每次課都布置相關作業，一學期的作業量非常大，要求學生獨立完成；組織3～5次的測驗，對靜力學、運動學及動力學每部分都要有測驗，可放在該部分內容結束的時候，考查學生掌握概念、定律的熟悉程度，分析問題、解決問題的能力。通過這種測驗，極大督促了學生學習的自覺性，能提前對學過的內容進行復習，不至于把問題都留在期末；課堂討論表現，這與“討論式教學”相關，根據學生的表現給出相應的成績。上述這些考核方式，可有效督促學生平時就要認真對待理論力學課程，而不是把所有問題都推到期末來解決。
4.引入數學工程軟件
由于“理論力學”對數學技巧的要求比較高，有時甚至會使學生顛倒理論和習題、基本原理和技巧的關系，忽視對基本理論的學習。因此，在教學活動中適當引入相關的數學工程軟件，可一定程度上減輕學生的負擔，甚至于提高學生學習該門課程的興趣。
例如在動力學分析中，運動微分方程是重點內容，但卻沒有講授運動微分方程組的求解問題，大部分問題是在特殊情況下，利用質點系普遍定理進行求解的。因此，在課堂授課過程中可適當引用Maple數學軟件求解微分方程數值解，達到直觀分析運動的目的。這種將抽象的微分方程轉化為圖像顯示的授課內容，使學生有一種興趣感、參與感，直接促進了學生對運動微分方程的理解。Maple 軟件在符號（解析）運算方面目前是最優秀的，計算過程中幾乎不需要聲明變量類型，解決一般的數學問題不需要復雜的編程，且具有自動繪圖的功能，在“理論力學”的教學中使用Maple將會得到意想不到的效果。
如何生動描述力學問題的物理圖像，這也是進行教學改革應該思考的問題，比如，利用Maple軟件可對傅科擺問題進行演示，在各種初始條件下對傅科擺的運動微分方程直接進行求數值解，同時直觀地展示出傅科擺在水平面上的相對運動軌跡。在課堂的授課中初步表明，應用該方式對一些特殊問題進行求解，可引起學生學習的極大興趣。因此，在課堂教學中，根據學時的多少，盡量安排一些利用Maple軟件進行分析的題目，作為平時考核成績的一部分，對一些學有余力的學生，可適當增加難度，作為選學內容。
5.開展實踐性教學活動
過程裝備與控制工程專業開設的“理論力學”，和大部分課程相似，存在教學中重理論而輕實踐的問題，教學大綱中只講授理論而無實踐性環節。但由于“理論力學”本身包含大量的概念、公理、定律以及相關的力學模型，理論性相比于其他課程來講是比較強的。對于剛進入大二的學生，難以很好理解抽象的內容，僅僅依靠課堂講授教學效果較差。
因此，在“理論力學”教學中，各專業可根據總學時的安排，開設幾個常規的“理論力學”實驗，增加學生對運動機構的認識。在開設實驗的過程中，可以考慮如下幾種方式：由任課教師與實驗工程師準備，根據教學內容提前準備3～5個學生實驗，可以是3大部分的單獨實驗，也可以是綜合性的實驗；學生動手設計實驗，教師提供實驗所需要的器材、場地，再由學生完成實驗，可考慮開設1～2個這樣的實驗；現場教學的形式，利用2～4學時，帶領學生參觀校內工廠或者相關企業，使學生能觀察到傳動機構及相關的約束形式。也可以利用flash等軟件，做一些動畫，模擬實際機構的運動過程，在課堂授課過程中，有意安排播放。過程裝備與控制工程專業，已著手進行實驗方面的教學研究，考慮通過網絡開展一些虛擬實驗，如虛擬摩擦系數測定、虛擬靜力學分析、虛擬運動學和虛擬動力學實驗。
三、結語
過程裝備與控制工程專業的“理論力學”課程從教學內容、教學形式、課程體系建立等多方面出發，持續進行了多年的教學改革，取得了較好的教學效果。學生是教學的對象，是課程教學的根本，只有學生發自內心地喜愛“理論力學”，積極主動地學習，課程教學才能順利地進行下去。總之，教學改革應該秉承“培養大學生綜合素質、提高分析問題與解決問題能力”的教學理念，不斷進行改革、創新教學方法，以真正適應“卓越工程師”人才培養要求，為最終培養創新型與研究型復合人才奠定基礎。
參考文獻：
[1]哈爾濱工業大學理論力學教研室.理論力學[M].北京：高等教育出版社，2009.
[2]吳立軍，王瑞金.面向應用型人才培養的理論力學改革與實踐[J].浙江科技學院學報，2008，20（2）：133-135，154.
[3]邢利英，王新征.工科理論力學教學改革與實踐[J].南陽師范學院學報，2010，9（3）：107-109.
