異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【2013年最新整理畢業(yè)論文】

摘 要 Abstract 目 錄 第 1 章 .緒論 . 1 1.1 前言 . 1 1.2 寬窄行分插機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r . 1 1.3 課題研究內(nèi)容 . 4 1.4 本章小結(jié) . 5 第 2 章 .寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析 . 6 2.1 寬窄行插秧達(dá)到的效果和機(jī)構(gòu)工作原理 . 6 2.1.1 寬窄行分插機(jī)構(gòu)達(dá)到的效果 . 6 2.1.2 分插機(jī)構(gòu)的工作原理 . 6 2.2 寬窄行分插機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要求 . 8 2.3 分插機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模及參數(shù)確定 . 9 2.3.1 非圓錐齒輪齒輪節(jié)曲線表示 . 9 2.3.2 求解共軛非圓錐齒輪節(jié)曲線 . 10 2.3.3 分插機(jī)構(gòu)空間軌跡模型構(gòu)建 . 11 2.3.4 分插機(jī)構(gòu)參數(shù)分析及優(yōu)化 . 13 2.4 本章小結(jié) . 19 第 3 章 . 分插機(jī)構(gòu)行星輪系的建模與仿真分析 . 20 3.1 不完全非圓錐齒輪的齒廓設(shè)計(jì)及三維造型 . 20 3.2 分插機(jī)構(gòu)不完全非圓錐齒輪行星系的建模 . 21 3.3 不完全非圓錐齒輪行星輪系的仿真分析 . 22 第 4 章 . 插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)的三維建模及二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì) . 23 4.1 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 24 4.2 栽植臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 25 4.3 各零部 件的二維圖紙生成 . 26 4.4 分插機(jī)構(gòu)零件設(shè)計(jì)的注意問題 . 28 第 5 章 . 論文總結(jié) . 29 5.1 論文總結(jié) . 29 5.2 插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)的發(fā)展前景 . 29 參考文獻(xiàn) . 30 致謝 . 32 第 1 章 .緒論 1.1 前言 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 中國是一 個農(nóng)業(yè)大國，而水稻是我國主要的糧食作物。要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化必 須要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化。中國目前的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平還不高，目前只有 48.8%，中 國的農(nóng)業(yè)裝備制造業(yè)只有持續(xù)穩(wěn)定快速發(fā)展，產(chǎn)品國際競爭力與科技創(chuàng)新能力才 會逐步跨入世界先進(jìn)行列。節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式成為提升物質(zhì)裝備和改 變發(fā)展方式的優(yōu)先戰(zhàn)略。 “十二五 ”中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展形勢分析中提到農(nóng)作 物耕種收綜合機(jī)械化水平將要穩(wěn)步提升 23 個百分點(diǎn)，到 2015 年達(dá)到 60%以上。 水稻栽植、收獲機(jī)機(jī)械化，玉米收獲機(jī)械化進(jìn)入提速發(fā)展期。 其中水稻種植的機(jī) 械化必須要大力發(fā)展，水稻合理的栽植能夠有效地提高水稻產(chǎn)量 1-2。 水稻機(jī)械化中最重要的是水稻插秧機(jī)，水稻插秧的機(jī)械化能夠提高生產(chǎn)效率。 現(xiàn)如今大多數(shù)的農(nóng)村青壯年勞動力都離開農(nóng)村到城市務(wù)工，農(nóng)村勞動力數(shù)量和水 平都持續(xù)下降，所以提高水稻插秧的機(jī)械化水平尤為重要，因此插秧機(jī)的發(fā)展是 目前發(fā)展的重點(diǎn)。而水稻插秧機(jī)中的分插機(jī)構(gòu)決定了插秧機(jī)的性能。目前世界范 圍內(nèi)的分插機(jī)構(gòu)均為均勻行插秧，由于均勻行插秧容易導(dǎo)致秧苗的通風(fēng)效果差， 容易造成水稻的病蟲害，還有由于均勻插秧造成的光照不充 足的問題，都會大大 影響水稻的產(chǎn)量。 因此寬窄行插秧的種植方法在我國顯得尤為重要，利用插秧行距不同來改善 通風(fēng)減少病蟲害，提高糧食產(chǎn)量。同時有助于減少農(nóng)藥的使用，對環(huán)境的保護(hù)會 起到很大的作用。 1.2 寬窄行分插機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r 浙江理工大學(xué)的趙勻教授領(lǐng)導(dǎo)課題組研究開發(fā)了一系列寬窄行分插機(jī)構(gòu)。 1.步行式偏心 -變位齒輪行星輪系寬窄行分插機(jī)構(gòu)，如圖 1.13所示： 偏心 -變位齒輪行星輪系后插式分插機(jī)構(gòu)其主要結(jié)構(gòu)是偏心變位齒輪傳動結(jié) 構(gòu)只對中間齒輪變位，太陽輪和行星輪為偏心圓齒 輪。該偏心 -變位齒輪行星輪 系由兩個全等偏心圓齒輪、一個與其共軛的偏心變位齒輪和一個行星架構(gòu)成。由 1 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 于偏心齒輪和共軛偏心變位齒輪嚙合，引起傳動比的非勻速變化，從而使得行星 輪 相對行星架作非勻速轉(zhuǎn)動。行星輪隨著行星架繞回轉(zhuǎn)中心作圓周運(yùn)動，同時相 對行星架作非勻速轉(zhuǎn)動，行星輪的絕對運(yùn)動是這兩種運(yùn)動的復(fù)合運(yùn)動。通過鍵、 行星輪軸與行星輪固結(jié)的一對栽植臂和行星輪作相同的復(fù)合運(yùn)動。插秧機(jī)由傳動 *箱 1、齒輪箱 15、 16 和栽植臂部件 17、 18 組成。通過一套錐齒輪 圓柱直 *齒輪 錐齒輪斜置式逐級嚙合的變向傳動機(jī)構(gòu)，使安裝在輸出軸 13、 14 上的 *分插機(jī)構(gòu)齒輪箱 15、 16 轉(zhuǎn)動方向相對于傳動箱的成 角度，從而使栽植臂部件 *17、 18 在相對于插秧機(jī)前進(jìn)方向的傾 斜平面內(nèi)運(yùn)動。該機(jī)構(gòu)能保證在取秧位置 不變、取秧口等距分布前提下使得插秧位置形成農(nóng)藝要求的寬窄行分布。 *1.傳動箱 2.輸入軸 3、 4.輸入錐齒輪 5.中心軸 I 6、 7.直齒圓柱齒輪 8.中心軸 II 9、 11.二級輸入錐齒輪 10、 12.輸出錐齒輪 13、 14.輸出軸 15、 16.傳動箱 17、 18.栽植臂部件 圖 1.1 步行式偏心 變位齒輪行星系分插機(jī)構(gòu) 2.一種萬向節(jié)驅(qū)動傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)，如圖 1.24 所示， 1.第一鏈輪 1.第二鏈輪 3.鏈輪軸 4.右萬向節(jié) 5.右法蘭 6.右行星架 7.右太陽輪 8.右萬向節(jié)輸出軸 9. 右調(diào)整墊片 10.上右中間齒輪 12.上右行星齒輪 13.上右行星齒輪 14.上右栽植臂 15.秧針 17. 下右中間齒輪 18.下右行星齒輪 19.下右行星輪軸 20.下右栽植臂 圖 1.2 萬向節(jié)驅(qū)動傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu) 2 浙江理工 大學(xué)畢業(yè)論文 萬向節(jié)驅(qū)動傾斜式寬窄行分插機(jī)構(gòu)工作原理，動力由第一鏈輪通過鏈條傳到 第二鏈輪，第二鏈輪固結(jié)在鏈輪軸上，鏈輪軸兩側(cè)分別安裝結(jié)構(gòu)相同的左右傳動 箱，裝在左右傳動箱體上下側(cè)的栽植臂；其特征在于：右傳動箱結(jié)構(gòu)是鏈輪軸右 側(cè)通過萬向節(jié)使右萬向節(jié)輸出軸與鏈輪軸成一斜角。右萬向節(jié)輸出軸的右端與右 行星架固接，在右行星架內(nèi)，右太陽輪通過軸承支撐在右萬向節(jié)輸出軸上，并通 過右法蘭，右調(diào)整墊片與右萬向節(jié)右端傳動箱體上的法蘭固定連接，右太陽輪經(jīng) 上下右中間齒輪分別與各自上下右行星齒輪連接，與上下右行 星齒輪固定連接的 上下右行星輪軸分別連接各自的上下右栽植臂。其特征在于：所述的右行星架與 鏈輪軸傾斜布置，使得分插機(jī)構(gòu)中秧針的工作平面與鏈輪軸之間有一個傾斜角度， 該傾斜角度使秧針的插秧位置在取秧位置的右面?zhèn)纫?、偏移一定的距離，以實(shí)現(xiàn) 寬窄不同的變行距插秧。 3.一種寬窄行水稻插秧機(jī)齒輪傳動分插機(jī)構(gòu)，如圖 1.35： 1.中心軸 2.右中心偏心齒輪 3.右傳動箱 4.右上中間軸 5.右上第一中間齒輪 6.右上行星軸 7.右上第一 行星偏心齒輪 8.右 上行星圓柱齒輪 9.右上第二軸套 10.右上推秧彈簧座 11.右上栽植臂座 12. 右上推秧 彈簧 13.右上被動錐齒輪軸 14. 右上被動錐齒輪 15. 右上栽植臂座 16.右上主動錐齒輪 17.右上推秧凸 輪 18.右上第一軸套 19.右軸套 20.右上第二中間齒輪 24.右下第一中間齒輪 25.右下第二中間齒輪 26. 右下中間軸 27.右下行星軸 28.右下第一行星偏心齒輪 29.右下第二行星圓柱齒輪 30. 右下第二軸套 31. 右下第一軸套 32.右下推秧凸輪 33.右下主動錐齒輪 34.右下 栽植臂座 35.右下被動錐齒輪 36.右下被動 錐齒輪軸 37.右下推秧彈簧 38. 右下推秧彈簧座 39 右下栽植臂 圖 1.3 一種寬窄行水稻插秧機(jī)齒輪傳動分插機(jī)構(gòu) 一種寬窄行水稻插秧齒輪傳動分插機(jī)構(gòu)，包括傳動箱，傳動部件中的中心軸 左右兩端分別固結(jié)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同的左右傳動箱，伸出左右傳動箱外的四根行星 3 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè) 計(jì) 軸分別安裝栽植臂部件以右邊為列：固定在中心軸的右端的右傳動箱體內(nèi)，空套 在中心軸上的右中心偏心齒輪通過右軸套與機(jī)架固定連接，右上、右下、中間軸 上分別固定安裝有右上右下第一中間齒輪和右上右下第二中間齒輪。右上、右下 *行星軸上分別固定安裝右上，右下第一行星偏心輪 和空套右上，右下第二行星 圓柱齒輪，右中心偏心齒輪分別與右上右下第一中間齒輪嚙合，右上、右下第一 中間齒輪分別與右上右下第一行星偏心輪系嚙合，右上、右下行星軸的一端通過 軸承在右傳動箱體的座孔內(nèi)，伸出右傳動箱體外的另一端分別與右 上右下栽植臂 座固結(jié)，在右上右下栽植臂座內(nèi)，通過軸承空套在右上，右下行星軸上的右上右 下主動錐齒輪分別通過右上右下第一軸套與右傳動箱體內(nèi)的右上右下第二行星 圓柱齒輪固接，通過軸承空套支撐在右上，右下第一軸套上的右上右下推秧凸輪 通過伸出右上右下栽植臂的右上右下第二軸套與傳動箱體固定連接，與右上右下 主動錐齒輪嚙合的右上右下被動錐齒輪固定在右上右下被動錐齒輪軸的下端，右 上右下被動錐齒輪軸通過軸承支撐在右上右下栽植臂，右上右下栽植臂座的座孔 內(nèi)，右上右下被動錐齒輪軸的上端固定右上右下栽植臂，右上 右下栽植臂通過軸 承空套在右上右下栽植臂座垂直于右上右下行星軸方向的箱體上。 1.3 課題研究內(nèi)容 （ 1） .以高速非圓錐齒輪寬窄行插秧機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出不完全非圓錐齒輪行 星系機(jī)構(gòu)，分插機(jī)構(gòu)左右對稱，先以一邊作為研究對象，機(jī)構(gòu)示意圖如圖 1.4 1.中間斜齒輪節(jié)曲線 2,6.被動斜齒輪節(jié)曲線 3,7.中間不完全非圓錐齒輪 4,8.行星輪 5,9.秧針 圖 1.4 分插機(jī)構(gòu)示意簡圖 （ 2） .基于 D-H 變換矩陣，列出行星輪系各重要點(diǎn)的關(guān)聯(lián)矩陣，從而得到 分插機(jī)構(gòu)秧 針的運(yùn)動軌跡矩陣 6 。利用 Matlab 編寫設(shè)計(jì)程序。然后通過軟件對 4 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 所設(shè)定的寬窄行分插機(jī)構(gòu)的插秧軌跡，運(yùn)動特性等進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，以達(dá)到所需 的各種要求，使其能滿足于高速寬窄行插秧機(jī)的插秧要求； （ 3） .利用非圓錐齒輪齒廓計(jì)算程序獲得齒廓線，并通過 NX 三維建模將齒 輪的三維模型建造出來，然后將其他零件進(jìn)行三維造型，進(jìn)行裝配、仿真。 1.4 本章小結(jié) （ 1）在我國進(jìn)行高速水稻插秧機(jī)分插 機(jī)構(gòu)研究的重要性。 （ 2）綜述寬窄行分插機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r，介紹幾種寬窄行分插機(jī)構(gòu)的工作原理， 以及插秧機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢。 （ 3）課題研究的主要工作。 5 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì) 第 2 章 .寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析 2.1 寬窄行插秧達(dá)到的效果和機(jī)構(gòu)工作原理 2.1.1 寬窄行分插機(jī)構(gòu)達(dá)到的效果 適當(dāng)?shù)牟逖砻芏仁撬精@得高產(chǎn)的重要因素。生產(chǎn)上要求水稻個體與群體都 要發(fā)揮良好，這樣能充分利用空間、光能、養(yǎng)分、二氧化碳等條件，能夠發(fā)揮增 產(chǎn)潛力，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目的。寬窄行插秧能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)，寬窄行的插秧效 果圖如圖 2.1 3 所示，均勻行插秧如圖 2.2 所示： 1.等行距秧門 2.軌跡 3.土地 4. 秧苗 1.等行距秧門 2.軌跡 3.土地 4. 秧苗 圖 2.1 寬窄行插秧示意圖 圖 2.2 等行距插秧示意圖 從示意圖可以看出，寬窄行插秧更能使秧苗的通風(fēng)性、光照性能增強(qiáng)，加強(qiáng) 秧苗的光合作用，并能夠有效利用市場上現(xiàn)有插秧機(jī)的秧門，減少機(jī)器改進(jìn)的成 本，有助于新型插秧機(jī)的推廣。 2.1.2 分插機(jī)構(gòu)的工作原理 本文設(shè)計(jì)的不完全非圓錐齒輪行星輪系寬窄行分插機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖如圖 2.3 所示。 6 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 圖 2.3 模型示意圖 由于該分插機(jī)構(gòu)作業(yè)時呈左右對稱布置，因此以右分插機(jī)構(gòu)為例介紹其工作 原理。該機(jī)構(gòu)共由 7 個齒輪組成，中間 3 個齒輪（ 17、 4、 11）為斜齒圓柱齒輪， 而中間齒輪 12、 8 和行星齒輪 14、 6 為奇異錐齒輪。分插機(jī)構(gòu)動力由插 秧機(jī)動力 驅(qū)動箱 21 內(nèi)的主動鏈輪或錐齒輪 19 經(jīng)鏈條或傳動軸 18 傳遞到中心鏈輪或錐齒 輪 1 上，帶動中心軸 2 轉(zhuǎn)動，中心軸 2 帶動左、右齒輪箱 16 轉(zhuǎn)動，在齒輪箱 16 內(nèi)，空套在中心軸 2 上與傳動箱 21 固定的右中心齒輪 17 與右中間齒輪 4、 11 嚙合，右中間異形錐齒輪 8、 12 與右中間齒輪 4、 11 同軸安裝，且與右行星異形 錐齒輪 6、 14、嚙合，右行星異形錐齒輪 6、 14 與右中間異形錐齒輪 8、 12 之間 的軸交角為不等于 90 度的一個小角 。當(dāng)右行星異形 錐齒輪 6、 14 隨右行星軸 5、 13 相對右齒輪箱 16 轉(zhuǎn)動時，帶動右栽植臂 7、 15 反向轉(zhuǎn)動，由于右行星異 形錐齒輪 6、 14 與右中間異形錐齒輪 8、 12 之間的軸交角并不等于 90 度，因此 左、右栽植臂 7、 15 的轉(zhuǎn)動平面與右齒輪箱 16 的轉(zhuǎn)動平面不是平行平面，引起 右栽植臂 7、 15 上的秧針在取秧后，其插秧點(diǎn)相對于取秧點(diǎn)向左或向右偏移相應(yīng) 距離。右栽植臂 7、 15 的轉(zhuǎn)動使右撥叉圍繞固定的右凸輪（固定在右齒輪箱 16 上）擺動，在取秧前右撥叉經(jīng)過右凸輪的上升段而抬起，將右推 秧?xiàng)U提高至最高 點(diǎn)，同時壓縮推秧彈簧；在取秧到插秧前，右撥叉處于右凸輪的最高位置保持段； 當(dāng)秧爪到達(dá)插秧位置，撥叉轉(zhuǎn)至凸輪缺口，推秧彈簧回位推動推秧?xiàng)U向下快速運(yùn) 動，將秧苗推入土中。從而順序完成了水稻秧苗的取秧、插秧動作，實(shí)現(xiàn)水稻秧 7 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 苗的機(jī)械化寬窄行移栽。 2.2 寬窄行分插機(jī)構(gòu)的運(yùn)動要求 寬窄行分插機(jī)構(gòu)的絕對運(yùn)動軌跡是當(dāng)插秧機(jī)有一個向前的速度是秧針相對 地面的軌跡； 相對運(yùn)動軌跡為秧針相對于太陽輪的運(yùn)動軌跡。分插機(jī)構(gòu)的工作過 程如下 8-9: （ 1）取秧過程：秧針從運(yùn)行到碰觸到秧苗開始到將秧苗從秧毯上取下的過 程，這過程要求秧針盡量減少傷害秧苗，這樣縮短秧苗的返青時間，有利于秧苗 的成長，使水稻產(chǎn)量增加。這要求秧針取苗的時候是垂直秧門下去，這樣不會傷 害到其他的秧苗。所以在取秧過程的軌跡應(yīng)該和秧門垂直。取秧時秧爪與水平線 的夾角 ( 取秧角 ) 應(yīng)在 5?u65374X25? （ 2）送秧過程：是指取完秧后到開始推秧的這段過程，秧苗從秧毯被取下 來在秧針 上隨著分插機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，從垂直秧盤到旋轉(zhuǎn)到一定角度，以便方便插秧。 （ 3）插秧過程：是將秧苗插入到地里的過程，這過程需要秧苗保持一定的 直立度要使秧苗和地面的角度保持在 8090 度之間，這需要軌跡在插秧階段形成 的穴口適合。軌跡的穴口長度為 20 30 mm, 過大會導(dǎo)致所插秧苗倒伏或漂秧 ； 增加秧苗的返青時間，不利于水稻增產(chǎn)。推秧時秧爪與水平線的夾角 ( 推秧角 ) 應(yīng)在 60?u65374X 80?即取秧角與推秧角的角度差約為 50?u65374X60?u12290X （ 4）空運(yùn)行過程 ：由于插秧機(jī)往前運(yùn)動，在空運(yùn)行過程中要求插秧機(jī)不能 將秧苗推到，這將有利于秧苗的成長，以減少返青時間。回程軌跡要有向上的趨 勢 , 避免有太向前的趨勢 , 以免秧爪碰傷已插秧苗。 對分插機(jī)構(gòu)的工作過程有以下的軌跡要求： 第一，寬窄行分插機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動軌跡要滿足寬窄行插秧的目的，寬窄行分 插機(jī)構(gòu)相對運(yùn)動軌跡主要是通過取秧點(diǎn)和插秧點(diǎn)位置在行向上產(chǎn)生偏移量來達(dá) 到寬窄行插秧的目的。這就是說秧針針尖形成的軌跡在 Z 軸方向上要有偏差值。 栽植臂軸心軌跡不能與已插秧苗的中底部位接觸， 以免碰傷秧苗； 兩 栽植臂在 插秧過程中不能發(fā)生運(yùn)動干涉。 第二，寬窄行分插機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動軌跡要滿足 “腰子形 ”，因?yàn)橹挥袧M足這 種形狀的時候能滿足以上的插秧的要求。 8 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 2.3 分插機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模及參數(shù)確定 2.3.1 非圓錐齒輪齒輪節(jié)曲線表示 利用統(tǒng)一的曲線表達(dá)式實(shí)現(xiàn)不同齒輪節(jié)曲線的數(shù)學(xué)表示是齒廓數(shù)據(jù)計(jì)算首 要解決的一個問題，鑒于 Nurbs 對自由曲線形狀表達(dá)的靈活性可以滿足不同形狀 齒輪的設(shè)計(jì)需要，故采用 Nurbs 曲線擬合再現(xiàn)節(jié)曲線。 1.Nurbs 曲線表達(dá)式 *給定 n+1 個控制點(diǎn) P0,P1, ,Pn，節(jié)點(diǎn)矢量 U=u0,u1,un+k+1和權(quán)因子 W0,W1, .,Wn， k 次 Nurbs 曲線可以由分段有理 B 樣條多項(xiàng)式基函數(shù)定義為： n ( ) W PNi i i0 , ( ) n W Ni i0 , ( ) 權(quán)因子 Wi與控制點(diǎn) Pi相聯(lián)系且為非負(fù)值，當(dāng) Wi等于 0 時， Pi將不影響曲線 C(u)的計(jì)算， Ni,k(u)是 k 次 B 樣條基函數(shù) 14-16，其遞推公式為： N 1 if uii1 i,0( )0 other N ( ) u u i N ( ) u 1 u N ( ) , u , 1 u i1,k1 i kui 1ui1 由于三次 Nurbs 曲線可以滿足節(jié)曲線上各點(diǎn)的二階連續(xù)性，故取 k 為 3，則 首末節(jié)點(diǎn)的重復(fù)度為 k+1=4，即 u0=u1=u2=u3,un+1= un+2= un+3= un+4。若給定一組數(shù)據(jù) 點(diǎn) Qi (i=0,1q)作為擬合節(jié)曲線的型值點(diǎn)，即節(jié)曲線上的若干點(diǎn)，則 Qi對應(yīng)的 節(jié)點(diǎn)為 u3+i(i=0,1q)，加上首末重復(fù)節(jié)點(diǎn)后，曲線的節(jié)點(diǎn)矢量為 u0, u1, u2, u3,， u3+q, u3+(q+1), u3+(q+2), u3+(q+3)，節(jié)點(diǎn)定義域?yàn)?0,1。由于節(jié)曲線為封閉曲 線，定義領(lǐng)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn) u3,u3+q可以利用弦長法確定各個節(jié)點(diǎn)值，定義域外的節(jié) 點(diǎn) (u0,u1,u2) 和 (u3+(q+1), u3+(q+2), u3+(q+3) 可 以 分 別 定 義 為 （ uq+1-1,uq+2-1,uq+3-1 ） 和 （ u3+1,u4+1,u5+1）。另外，非圓錐齒輪節(jié)曲線上各點(diǎn)的權(quán)重一致，為了簡化計(jì)算可 以取 Wi=1。 2.控制點(diǎn)反求 在已知若干型值點(diǎn)的條件下擬合節(jié)曲線 的關(guān)鍵是反求相應(yīng)的控制點(diǎn)，并利用 控制點(diǎn)包容方法獲取封閉的球面節(jié)曲線，即讓首末 3 對控制點(diǎn)按順序環(huán)繞重合。 根據(jù)給定的型值點(diǎn)數(shù) q+1，確定曲線的控制點(diǎn)數(shù)為 q+k，結(jié)合控制點(diǎn)條件 P0=Pn-2, *P1=Pn-1, P2=Pn 和型值點(diǎn)條件 Q1=Qn-1 可以建立控制點(diǎn)的求解方程： 9 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) -1 P0 1 1 * 0 a * P 110a11a12 Q 1P2 0 * Q 2 * P n2 Q n2 a * P n1 0 * P n 1 ( 1)( 2)a( 1)( 1)a( 1)nQn 1 1 0 其中： aij 由遞推公式 (1)確定， Qi 為型值點(diǎn)數(shù)據(jù)。 通過上述方法可求解得到根據(jù)給定的型值點(diǎn)擬合得到的封閉非圓錐齒輪節(jié) 曲線。 2.3.2 求解共軛非圓錐齒輪節(jié)曲線 非圓齒輪設(shè)計(jì)的首要問題是其節(jié)曲線的設(shè)計(jì)，節(jié)曲線實(shí)際上是一對相互嚙合 且運(yùn)動時兩者之間為純滾動的封閉共軛曲線。非圓齒輪的傳動比即為齒輪的角速 度比值。因此本文通過以求出的傳動比函數(shù)以及給定非圓齒輪中心 距的方法求出 非圓齒輪的節(jié)曲線。 可知齒輪的節(jié)曲線方程為： l1a i / (1 ) *l2a l1 / 0 2 1 式中： l1 為傳動比 i 對應(yīng)的主動輪節(jié)曲線向徑 ， l2 為傳動比 i 對應(yīng)的從動輪 節(jié)曲線向徑， a 為非圓齒輪中心距。 現(xiàn)給定非圓錐齒輪傳動的中心距 A1。由于傳動比 i1 為非定值，所以 A 值很 難確定?，F(xiàn)在假 設(shè)非圓錐齒輪傳動的中心距為 A1=R1?u945X/2，由上述步驟可以得到 主動非圓錐齒輪 1 的封閉節(jié)曲線，但此時得到的從動輪節(jié)曲線不能閉合。在保證 l1和 1的值不變，通過調(diào)整中心距 A1，來調(diào)整從動輪的節(jié)曲線的閉合程度。設(shè) *置誤差范圍為 ，當(dāng)主動輪旋轉(zhuǎn)一周后，從動輪的旋轉(zhuǎn)角位移滿足 -2 時， 則可以認(rèn)為從動輪閉合。通過此方法完成對非圓錐齒輪節(jié)曲線及其中心距 A1 的 優(yōu)化，如下圖所示： 圖 2.4 非圓齒輪節(jié)曲線示意圖 10 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 2.3.3 分插機(jī)構(gòu)空間軌跡模型構(gòu)建 *以物理坐標(biāo)原點(diǎn)作為機(jī)構(gòu)坐標(biāo)原點(diǎn)，建立參考坐標(biāo)系 Oxyz，規(guī)定機(jī)構(gòu)順時 針方向?yàn)樨?fù)，利用 Denavit-Hartenberg 矩陣變換將分插機(jī)構(gòu)坐標(biāo)原點(diǎn)系逐步變換 到秧針尖點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)軌跡建模。 其中，各位置的變換矩陣如下所示： 1 0 0 00 1 0 0 E0 0 0 1 0 0 0 0 1 E0為參考坐標(biāo)系的位置和方向矩陣。 參考坐標(biāo)系 Oxyz 與坐標(biāo)系 Ox1y1z1 的關(guān)聯(lián)矩陣為： cos sin 0 0sin cos 0 0 E 1 0 0 0 0 1 0 0 1其中， 為分插機(jī)構(gòu)行星架的初始安裝角，坐標(biāo)系 Ox1y1z1 中的 x1 軸轉(zhuǎn)過 角后與機(jī)架初始位置平行， z1與 z 軸同軸。 坐標(biāo)系 Ox1y1z1與坐標(biāo)系 Ox2y2z2的關(guān)聯(lián)矩陣為： cos *sin 0 0 sin1 cos1 0 0 E2 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 其中， 1為行星架轉(zhuǎn)角（規(guī)定逆時針轉(zhuǎn)動為正）， x2軸和機(jī)架轉(zhuǎn)過 1角后平 行， z2與 z1軸同軸。 坐標(biāo)系 Ox2y2z2與坐標(biāo)系 Ox3y3z3的關(guān)聯(lián)矩陣為： *1 0 0 00 cos sin 0 E30 sin cos 00 0 0 1 其中， 為斜圓柱齒輪的的交錯角（規(guī)定逆時針轉(zhuǎn)動為正）， x3軸與 x2 軸同軸， z3 軸繞 x3 軸轉(zhuǎn)過 角。 11 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 坐標(biāo)系 O-x3y3z3與坐標(biāo)系 Ox4y4z4的關(guān)聯(lián)矩陣為： A 1 0 0 00 1 0 0 E 4 0 0 1 0 0 0 0 1其中， A1為第一節(jié)圓柱齒輪的中心距，因此，坐標(biāo)系 Ox4y4z4相 對于坐標(biāo)系 O-x3y3z3沿 x3軸移動了 A1，其坐標(biāo)原點(diǎn)與從動圓柱齒輪中心重合。 坐標(biāo)系 O-x4y4z4與坐標(biāo)系 Ox5y5z5的關(guān)聯(lián)矩陣為： cos sin 0 0sin cos 0 0 E5 0 0 1 0 0 0 0 1 其中， 為行星輪偏置角，坐標(biāo)系 Ox5y5z5通過相對于坐標(biāo)系 Ox4y4z4繞 z4 軸轉(zhuǎn)動 角后，使得 x5軸與行星輪架重合。 坐標(biāo)系 Ox5y5z5 與坐標(biāo)系 Gx6y6z6 的關(guān)聯(lián)矩陣為： cos 0 sin 00 *1 0 0 E 6 sin 0 cos 0 0 *0 0 1 其中， 為非圓錐齒輪錐角，坐標(biāo)系 Gx6y6z6 通過相對于坐標(biāo)系 Ox5y5z5 繞 y5 軸轉(zhuǎn)動 角后，使得 z6 軸與行星輪軸線重合。 坐標(biāo)系 Gx6y6z6與坐標(biāo)系 Gx7y7z7的關(guān)聯(lián)矩陣為： 1 0 0 00 1 0 0 E 7 0 0 1 z 0 0 0 1 其中， z 為行星軸段栽植臂的長度，坐標(biāo)系 Gx7y7z7由坐標(biāo)系 Gx6y6z6沿著 z6 軸平移距離 z 得到。 坐標(biāo)系 Gx7y7z7和 Gx8y8z8的關(guān)聯(lián)矩陣為： 1 0 0 x0 1 0 0 E8 0 0 1 0 0 0 0 1 12 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 其中， x 為中間段栽植臂的長度，坐標(biāo)系 Gx8y8z8由坐標(biāo)系 Gx7y7z7沿著 x7 軸平移 x 的距離得到。 坐標(biāo)系 Gx8y8z8和 Gx9y9z9的關(guān)聯(lián)矩陣為： 1 0 0 0 0 1 0 y E90 0 1 0 0 0 0 1 其中， y 為中間段栽植臂的長度，坐標(biāo)系 Gx9y9z9是由坐標(biāo)系 Gx8y8z8沿著軸 y8平移 y 的距離得到。 將上訴的關(guān)聯(lián)矩陣連乘得到： nxsxax gxn *a g G E E E E E E E E E E0 12 3 4 5 6 7 8 9 ysy y y n zsz azgz 0 0 0 1 其中， gx， gy， gz 是秧針 尖點(diǎn)的軌跡點(diǎn)坐標(biāo)。 對分插機(jī)構(gòu)秧針運(yùn)動軌跡的數(shù)學(xué)矩陣模型建立好后，將關(guān)聯(lián)矩陣輸入 Matlab 就可以通過 Matlab 程序編譯軌跡運(yùn)動程序，從而定量分析軌跡，選擇最 優(yōu)組數(shù)據(jù)。通過編程得到如下軌跡： 圖 2.5 數(shù)學(xué)模型得到的軌跡 2.3.4 分插機(jī)構(gòu)參數(shù)分析及優(yōu)化 1.目標(biāo)參數(shù)對軌跡的影響 可知行星輪系模型的建立的主要參數(shù)是給定非圓錐齒輪的 13 個型值點(diǎn)，然 后根據(jù)這 13 個型值點(diǎn)得到共軛的齒輪節(jié)曲線。因此可以確定，非圓錐齒輪節(jié)曲 線的形狀將直接 影響到插秧軌跡的形成。通過對程序參數(shù)的優(yōu)化，可以確定某些 13 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻 寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 對插秧軌跡影響較大的型值點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如表 2.1 所示為型值點(diǎn) 12 到轉(zhuǎn)動中心的 值對軌跡形狀以及指標(biāo)的影響。 表 2.1 型值點(diǎn) 12 到轉(zhuǎn)動中心值 r 的距離變化與軌跡指標(biāo)變化表 型值點(diǎn) 4 到轉(zhuǎn)動 中心的值 r（ mm） 6 8 10 推秧角（度） 64.7 74.5 85.7 取秧角（度） 6.1 22.1 22.8 推秧角與取秧角的 差值（度） 58.6 52.4 62.9 取秧 Z 方向偏移量 1.0 1.5 2.1 同時通過 r 的不同數(shù)據(jù)能夠得到一組不同的軌跡，從表格中可以清楚的看到 主要的要求量的變化趨勢，將變化趨勢進(jìn)行作圖分別在 x-y 和 y-z 平面上投影， 進(jìn)一步形象的表達(dá)出。如圖 2.6、圖 2.7 變化 : *圖 2.6 r 值的改變與軌跡在 x-y 面上變化 *圖 2.7 r 值的改變與軌跡在 y-z 面上變化 從圖 2.6 中看出隨型值 點(diǎn) 12 到轉(zhuǎn)動中心的值的改變， z 軸方向軌跡偏差值 變化比較大，而且軌跡的總高度變化也很大，因此通過調(diào)節(jié)型值點(diǎn) 12 到轉(zhuǎn)動中 心的值可以調(diào)節(jié)插秧軌跡的形狀而漸漸的滿足插秧的要求。 秧針的參數(shù)對軌跡的影響：隨著秧針的距離加大，通過編程得到一組數(shù)據(jù)將 數(shù)據(jù)制成表格 ,如表 2.2 所示。 14 JK 的值（度） 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 表 2.2 秧針距離變化與軌跡指標(biāo)變化表 *推秧角（度） 取秧角（度） 推秧角與取秧角的 差值（度） z 軸方向軌跡偏差值 150 160 170 75 75 75 26 23 20 49 52 54 53 56 60 同時通過秧針的不同數(shù)據(jù)能夠得到一組不同的軌跡，從表格中可以清楚的看 到主要的要求量的變化趨勢，將變化趨勢進(jìn)行作圖在 x-y 和 y-z 平面上投影，進(jìn) 一步形象的表達(dá)出。如圖 2.8 和圖 2.9 變化所示： 圖 2.8 秧針的距離與軌跡在 x-y 面上變化 圖 2.9 秧針的距離與軌跡在 y-z 面上變化 從上面兩張圖可以觀察出當(dāng)栽植臂長度增加時，軌跡的變化不是很明顯， z 軸方向軌跡偏差值從表中和圖中可以看出，栽植臂長度的變化對軌跡的影響不是 很大，同時說明長度的變化對插秧的效果影響不大。 非圓錐齒輪錐半徑 R 對軌跡的影響：取不同的 R 值通過編程得到一組數(shù)據(jù)將 數(shù)據(jù)制成表格 ,如表 2.3 所示： 15 R 的值（度） 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 表 2.3 R 的值變化與軌跡指標(biāo)變化關(guān)系表 *推秧角（度） 取秧角（度） 推秧角與取秧角的 差值（度） *z軸方向軌跡偏差 值 150 200 250 85.6 85.6 85.7 25.0 22.4 22.8 60.6 63.2 62.9 60.1 51.3 45.8 通過 R 的不同數(shù)據(jù)能夠得到一組不同的軌跡，從表格中可以清楚的看到主要 的要求量的變化趨勢，將變化趨勢進(jìn)行作圖分別在 x-y 和 y-z 平面上投影，進(jìn)一 步形象的表達(dá)出。如圖 2.10，圖 2.11 變化所示。 圖 2.10 R 的值變化對軌跡在 x-y 面上影響 圖 2.11 R 的值變化對軌跡在 y-z 面上影響 圖中可以觀察出 R 的變化對軌跡形狀影響不大，只是分插機(jī)構(gòu)尺寸變小。 R 值的變化對推秧角，取秧角和 z 軸方向軌跡偏差值沒有什么影響。因此只要取適 當(dāng) R 的值就可。 行星輪偏置角 對軌跡的影響：取不同的 值，通過編程得到一組數(shù)據(jù)將數(shù) 據(jù) 制成表格 ,如表 2.4 所示。 16 的值（度） 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 表 2.4 的值變化與軌跡指標(biāo)變化關(guān)系表 *推秧角（度） 取秧角（度） 推秧角與取秧角的 差值（度） *z軸方向軌跡偏差 值 0 10 20 66.4744 56.7078 46.88 7.6792 2.38284 12.4161 58.7952 54.3249 34.4639 52.5 54.3792 55.0558 通過 的不同數(shù)據(jù)能夠得到一組不同的軌跡，從表格中可以清楚的看到主要 的要求量的變化趨勢，將變化趨勢進(jìn)行作圖分別在 x-y 和 y-z 平面上投影，進(jìn)一 步形象的表達(dá)出。如圖 2.12，圖 2.13 變化所示。 *圖 2.12 的值變化對軌跡在 x-y 面上影響 *圖 2.13 的值變化對軌跡在 y-z 面上影響 從圖中看出隨著 值的改變， z 軸方向軌跡偏差值變化很大，而且偏差角變 化也很大，因此必須給出合理的 的來調(diào)節(jié)軌跡形狀以及插秧的偏移量從而滿足 插秧的要求。 2.參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果 17 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)寬窄行插秧的要求，利用 Matlab 編程而所畫的圖形包括秧門、行星系 分插機(jī)構(gòu)初始位置、秧針的插秧位置、取秧點(diǎn)，插秧點(diǎn)，出土點(diǎn)、秧針的相對軌 跡、秧針的絕對軌跡等。通過計(jì)算比較，篩選出最優(yōu)數(shù)據(jù)組，如表 2.5。 表 2.5 最終優(yōu)化的數(shù)據(jù) r1 r5 符號 優(yōu)化值 13 23 r2 r6 符號 優(yōu)化值 16 25 符號 r3 r7 優(yōu)化值 19 27 符號 r4 r8 優(yōu)化值 21 25 r9 r13 DE 23 13 150 r10 R 18.7 150 0 13 BC 15 50 30? r12 CD 6 65 10? 優(yōu)化后的軌跡對比圖如圖 2.14 所示： 圖 2.14 曲線對比圖 得到不完全非圓錐齒輪的齒廓圖如圖 2.15 所示： 圖 2.15 不完全非圓錐齒輪齒廓圖 18 2.4 本章小結(jié) 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 分析寬窄行插秧的軌跡要求和機(jī)構(gòu)工作原理，基于 D-H 矩陣，通過 Matlab 編出軌跡程序，并且對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，分析參數(shù)和軌跡形狀之間的關(guān)系，使軌跡 能夠滿足寬窄行插秧的要求。 19 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 3 章 . 分插機(jī)構(gòu)行星輪系的建模與仿真分析 分插機(jī)構(gòu)是將定量的秧苗從秧毯中取出插入土中的機(jī)構(gòu)，是插秧機(jī)的核心工 作部件。分插機(jī)構(gòu)的性能決定插秧的質(zhì)量、可靠程度和工作效率。分插機(jī)構(gòu)研究 主要是兩個方面：一是保證插秧的效果，達(dá)到不傷秧、不鉤秧、不漂秧、立苗好 和返青快的目的；二是提高單位時間的插秧次數(shù)。 3.1 不完全非圓錐齒 輪的齒廓設(shè)計(jì)及三維造型 非圓齒輪機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)等其他傳統(tǒng)的能實(shí)現(xiàn)非勻速比傳動的 機(jī)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)更緊湊，運(yùn)動的精度更加高，傳動過程更平穩(wěn)，傳動比變化 范圍更大，能夠?qū)崿F(xiàn)動平衡等一些優(yōu)點(diǎn)。非圓齒輪齒廓設(shè)計(jì)理論數(shù)學(xué)計(jì)算公式往 往比較復(fù)雜，齒廓嚙合曲線，齒根的過度曲線，齒頂曲線以及各段曲線如何連接， 都要不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式，有些甚至不知道數(shù)學(xué)表達(dá)式，目前很難用數(shù)學(xué)公式計(jì)算 非圓齒輪齒廓 16-18。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展特別是 CAD/CAM技術(shù)的逐漸成熟并廣 泛應(yīng)用，非圓齒輪的研究再度在 日本出現(xiàn)研究高潮，以香取英男、山崎隆、太田 浩 19-21等為代表的一批日本學(xué)者在非圓齒輪的研究領(lǐng)域取得了一批令人矚目的 成就。 對于節(jié)曲線外凸的非圓齒輪則可以用展成法加工，用齒條刀具做展成運(yùn)動包 絡(luò)出被加工齒輪的齒廓。與加工圓齒輪齒廓原理一樣，非圓齒輪齒廓加工實(shí)質(zhì)也 是齒條刀具節(jié)曲線與非圓齒輪節(jié)曲線相切，同時做純滾動，齒條刀具包絡(luò)出非圓 齒輪的漸開線齒廓。如圖 3.111 所示： 1.主動輪 2. 從動輪 3.齒條刀具 圖 3.1 齒條刀具加工非圓齒輪原理圖 20 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 齒輪傳動在機(jī)械傳動中是普遍應(yīng)用的一種形式，但是不完全非圓錐齒輪是一 種新型、剛剛起步，還不是很成熟。該齒輪的節(jié)曲線設(shè)計(jì)復(fù)雜，非圓錐齒輪綜合 了非圓齒輪與圓錐齒輪的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)相交軸間變速比運(yùn)動，能實(shí)現(xiàn)變傳動比， 但是非圓錐齒輪 設(shè)計(jì)復(fù)雜制造困難，而且動平衡性差。下面將敘述分插機(jī)構(gòu)的不 完全非圓錐齒輪的三維造型。 前面通過 Matlab 編程已經(jīng)得到了不完全非圓錐齒輪的節(jié)曲線，然后通過齒 廓計(jì)算軟件得到了齒廓的形狀和齒廓線的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)保存到文件中。 第一步：打開 UG 軟件，新建一個建模的模塊。 第二步：通過命令查找器查找到 “樣條 ”，如圖 3.2 所示 圖 3.2 圖 3.3 第三步：選擇菜單中的 “通過點(diǎn) ”這 項(xiàng)，出現(xiàn)如圖 3.3 所示的對話框。 第四步：選擇 “文件中的點(diǎn) ”，然后選擇已經(jīng)保存的齒廓線數(shù)據(jù)文件確定后，在 UG 建模模塊中將得到一條齒廓線。 第五步：插入三條直線，線段長度為 10，長度是齒輪的厚度。 第六步：掃掠，選中齒廓線，然后選中三根引導(dǎo)線，進(jìn)行掃掠。 第七步：插入 “球 ”，并且進(jìn)行分割面。 第八步：進(jìn)行 “縫合 ”，得到齒輪實(shí)體。 第九步：將所畫的齒輪通過嚙合以及軸連接進(jìn)行裝配，得到裝配圖。 3.2 分插機(jī)構(gòu)不完全非圓錐齒輪行星系的建模 在 Matlab 中找到行 星軸及栽植臂的數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)值。在 UG 中點(diǎn)擊創(chuàng)建點(diǎn)， 輸入各個點(diǎn)的坐標(biāo)后確定。將每側(cè)的點(diǎn)依次相連，選擇圓柱命令，方向設(shè)置沿指 定點(diǎn)至線段的終點(diǎn)，直徑設(shè)為 2，高度選測量后選擇該段線段的長度，完成后確 定，得到行星軸、栽植臂、秧針的路徑，如圖 3.4 所示。 21 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 3.4 不完全非圓錐齒輪系機(jī)構(gòu) 3.3 不完全非圓錐齒輪行星輪系的仿真分析 完成不完全非圓錐齒輪行星系的建模后，由于是插秧機(jī)的關(guān)鍵工作部件，因 此需要進(jìn)行仿真分析。 將建好的模型導(dǎo)出 Parasolid，得到 ._xt 格式的文件。打開 ADAMS 軟件，導(dǎo) 入模型，設(shè)置好單位、數(shù)值等 ,添加好各個約束 、驅(qū)動，設(shè)置仿真后運(yùn)行得到秧 針的軌跡符合預(yù)期要求。如圖 3.5 所示。 圖 3.5 不完全非圓錐齒輪系機(jī)構(gòu)仿真圖 圖 3.6 不完全非圓錐齒輪系機(jī)構(gòu)仿真軌跡圖 22 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 第 4 章 . 插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)的三維建模及二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì) 仿真分析完成之后需要對齒輪行星系機(jī)構(gòu)進(jìn)行完善，在齒輪與齒輪軸之間安 裝花鍵，齒輪及齒輪軸上設(shè)計(jì)軸肩，齒輪軸上安裝軸承以便與箱體配合，選擇與 中間齒輪齒輪軸配 合的法蘭等細(xì)化工作。得到的齒輪、齒輪軸等如圖所示。關(guān)鍵 的齒輪系機(jī)構(gòu)完成后開始進(jìn)行箱體與栽植臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 圖 4.1 太陽輪的三維設(shè)計(jì)圖 圖 4.2 中間斜齒輪的三維設(shè)計(jì)圖 圖 4.3 中間不完全非圓錐齒輪 圖 4.4 行星輪的三維設(shè)計(jì)圖 圖 4.5 行星輪軸的三維設(shè)計(jì)圖 23 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 4.6 法蘭 圖 4.7 右側(cè)的裝配 圖 得到的右側(cè)分插機(jī)構(gòu)的完整裝配效果圖如圖 4.7所示。 4.1 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 箱體的主要功能： 1.支撐并包容各種傳動零件，如齒輪、軸、軸承等，使它 們能夠保持正常的運(yùn)動關(guān)系和運(yùn)動精度。箱體還可以儲存潤滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動 零件的潤滑。 2.箱體能夠起到安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán) 境的影響，又保護(hù)機(jī)器操作者的人身安全，并且有一定的隔振、隔熱和隔音作用。 3.箱體使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整 和修理。 4.能夠改善機(jī)器外型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比列， 使整機(jī)造型美觀。 分插機(jī)構(gòu)的齒輪箱體在設(shè)計(jì)過程中要考慮齒輪的轉(zhuǎn)動，要保證齒輪在轉(zhuǎn)動過 程中不能和箱體發(fā)生干涉，還有要保證箱體的密封性，防止在插秧的過程中泥水 進(jìn)入箱體內(nèi)對齒輪產(chǎn)生破壞。同時箱體的大小應(yīng)盡量減小，充分利用空間。 箱體分為內(nèi)外兩側(cè)，兩側(cè)箱體之間的連接要可靠，這里選擇螺紋連接，如圖。 圖 4.8 外側(cè)箱體 圖 4.9 內(nèi)側(cè)箱體 24 4.2 栽植臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 插秧機(jī)的分插機(jī)構(gòu)是將秧苗從毯狀秧群中分取一定數(shù)量并且將秧苗插入水 田的機(jī)構(gòu)。其中包括栽植臂還有齒輪傳動機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動機(jī)構(gòu)。推秧機(jī)構(gòu)是為了能 夠有效將取下來的秧苗插到水田中，這樣將有效防止秧苗回帶，減少漏插現(xiàn)象。 目前市場上的插秧機(jī)推秧機(jī)構(gòu)的工作的原理基本上是一樣的：由平面凸輪、撥叉、 推秧彈簧和推秧?xiàng)U組成，工作的時候推秧?xiàng)U相對于栽植臂做間歇性的往復(fù)直線運(yùn) 動，完成推秧動作。該推秧機(jī)構(gòu)簡單，但是由于推秧的開始時間決定于凸輪的輪 廓線以及凸輪的初始安裝相位，而推秧時間的長短則決定于彈簧的剛度，因此不 能很好的適應(yīng)不同的插秧的速度，如果作業(yè)速度變化較大時會出現(xiàn)推秧結(jié)束時間 提前或者滯后。還有一個問題就是當(dāng)工作時間很長后彈簧會松弛，造成推秧力不 足，從而影響推秧效果，嚴(yán)重時造成秧苗回帶，這樣會出現(xiàn)漏插。 1. 凸輪 2. 傳動桿 3. 推秧彈簧 1. 秧針 2.推秧爪 3.推秧?xiàng)U 4.密封塞 5.襯套 4.推秧?xiàng)U 5.推秧爪 6.栽植臂 6.栽植臂殼體 7.撥叉 8.栽植臂彈簧 9.撥叉軸 圖 4.10 推秧裝置示意圖 圖 4.11 栽植臂零件圖 如圖 4.1015 當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動凸輪旋轉(zhuǎn) 的時候，帶動傳動桿，從而使推秧?xiàng)U 上下滑動，起到推秧的作用，當(dāng)插秧完成以后，在彈簧的作用下推秧?xiàng)U又恢復(fù)到 原來的位置，等待下一次的插秧。如圖 4.11 所示推秧裝置在栽植臂中的位置。 在轉(zhuǎn)動推秧點(diǎn)時，撥叉沿著凸輪弧運(yùn)動到凸輪的缺口位置，彈簧壓縮被解禁， 快速彈出，推動推秧?xiàng)U，固定在推秧?xiàng)U上的推秧爪將秧苗從秧針上推出使秧苗植 入土地中。完成工作后，隨著轉(zhuǎn)動，凸輪將彈簧壓縮回到原來的位置，直到下一 25 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 次到達(dá)推秧點(diǎn)的位置，如此循環(huán)。 分插機(jī)構(gòu)工作時是連續(xù)高速回轉(zhuǎn)運(yùn)動，特別是兩個栽植臂，既有逆時針回轉(zhuǎn) 又有順時針，且工作時兩栽植臂不是同向轉(zhuǎn)動的，很容易發(fā)生干涉。一但發(fā)生干 涉，分插機(jī)構(gòu)很容易損壞。機(jī)構(gòu)的干涉在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的時就應(yīng)該解決，利用繪圖軟 件加以修 正。 得到栽植臂的裝配圖如圖 4.12 所示： 圖 4.12 栽植臂 圖 4.13 插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)裝配圖 *將插秧機(jī)的各個部件進(jìn)行裝配，得到分插機(jī)構(gòu)整體的三維模型，如圖 4.13 所示。 4.3 各零部件的二維圖紙生成 插秧機(jī)整體的三維模型建好后，對每一個零件進(jìn)行二維圖紙的設(shè)計(jì)。 在 UG 中執(zhí)行文件 導(dǎo)出 parasolid 命令，選擇需要繪制二維圖的零件導(dǎo)出。 新建一個建模，導(dǎo)入 .-xt 格式的零件。新建一個圖紙，要創(chuàng) 建圖紙的零件后選擇 需要的零件后確定，如圖 4.14 所示。選擇需要的幾個二維視圖放置好后按保存。 執(zhí)行文件 導(dǎo)出 DXF/DWG 命令將圖紙導(dǎo)出為 DWG 格式。在 Auto CAD 中打 開圖紙進(jìn)行編輯、修改，加以完善。 齒輪零件的二維圖如圖所示。 26 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 圖 4.14 新建圖紙界面 得到的二維圖紙如圖所示： 圖 4.15 太陽輪的二維圖 圖 4.16 中間斜齒輪的二維圖 圖 4.17 中間不完全非圓錐齒輪的二維圖 27 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 4.18 行星輪的二維圖 4.4 分插機(jī)構(gòu)零件設(shè)計(jì)的注意問題 在設(shè)計(jì)分插機(jī)構(gòu)的零件時既要注意強(qiáng)度問題，還要注意干涉問題，避免發(fā)生 栽植臂與機(jī)架的干涉，還有栽植臂與栽植臂的干涉，這些需要通過 Matlab編程以 及 ADAMS仿真進(jìn)行優(yōu)化。 28 第 5 章 . 論文總結(jié) 5.1 論文總結(jié) 浙江理工大學(xué)畢業(yè)論文 本文首先主要介紹了寬窄行分插機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，還簡單介紹了幾種已經(jīng)發(fā) 明的寬窄行分插機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)以及他們的工作原理，文中簡單介紹了不完全非圓錐 齒輪節(jié)曲線的設(shè)計(jì)方法。通過總結(jié)以前的寬窄行分插機(jī)構(gòu)，提出了一種新型的不 完全非圓錐齒輪系機(jī)構(gòu)，通 過分析寬窄行插秧應(yīng)達(dá)到的效果和寬窄行插秧要達(dá)到 的軌跡要求，包括取秧、插秧、送秧、插秧、空運(yùn)行等每個過程的要求，然后基 于 DH 矩陣對不完全非圓錐齒輪寬窄行分插機(jī)構(gòu)的插秧軌跡進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模， 利用 Matlab 軟件編程，可以得到寬窄行分插機(jī)構(gòu)的插秧軌跡。通過調(diào)整機(jī)構(gòu)尺 寸參數(shù)得到一組符合軌跡要求的尺寸參數(shù)。利用通過編程得到的不完全非圓錐齒 輪的節(jié)曲線，根據(jù)節(jié)曲線得到不完全非圓錐齒輪的齒廓線，通過三維設(shè)計(jì)軟件設(shè) 計(jì)出齒輪及其他分插機(jī)構(gòu)的零件，并且進(jìn)行裝配。裝配完成后進(jìn)行運(yùn)動仿真分析， 仿真通過 之后建立整個插秧機(jī)的三維模型，并給出二維設(shè)計(jì)圖紙。 5.2 插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)的發(fā)展前景 分插機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個復(fù)雜的過程，有很多種機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)插秧的軌跡，從 連桿機(jī)構(gòu)傳動到平面齒輪齒輪傳動，到空間齒輪傳動，通過不同的傳動機(jī)構(gòu)來實(shí) 現(xiàn)軌跡要求。我國是一個幅員遼闊的大國，有多種不同的地貌，需要不同規(guī)格的 分插機(jī)構(gòu)，并且還需要考慮經(jīng)濟(jì)性，使我的廣大農(nóng)民能夠用上高速插秧機(jī)，讓我 國的插秧機(jī)發(fā)展更加向前邁進(jìn)一步。 29 異形非圓錐齒輪行星輪系水稻寬窄行分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 1楊敏麗 . “十二五 ”中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展形勢分析 J