变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的理论分析与优化设计

论文摘要

本论文在综述了现有的水稻插秧机分插机构的基础上,研究了水稻插秧机工作轨迹的形成原理,得出具有变速传动特点的非圆齿轮是分插机构的核心发明要素。同时,分析了现有分插机构上应用的非圆齿轮（偏心-非圆齿轮、椭圆齿轮）传动特性,并分析对比了变形椭圆齿轮的传动特点。利用变形椭圆齿轮传动比变化空间大的优点,设计了应用于步行式插秧机上的变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构,该机构可以形成尾部具有环扣的静轨迹,从而使插秧穴口更小,更有利于保证秧苗的直立性。另外,开发了变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构辅助设计优化软件,便于对机构进行参数优化;同时,采用齿条刀具加工非圆齿轮的方法建立了变形椭圆齿轮齿廓曲线的数学模型,开发了变形椭圆齿轮齿廓设计软件,解决了变形椭圆齿轮齿廓设计问题。最后从虚拟样机和理论模拟两个角度验证了本论文设计的变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的正确性。本论文主要工作内容和结论如下:1.对水稻插秧机分插机构的相对运动轨迹和绝对运动轨迹的形成过程进行了研究,得出具有变速传动特性的非圆齿轮是分插机构的核心发明要素,为新型分插机构的研究提供了方向。2.分析了现有分插机构上应用的非圆齿轮（偏心-非圆齿轮和椭圆齿轮）的传动比特性,并分析对比了变形椭圆齿轮的传动比特性,得出结论:变形椭圆齿轮的传动比变化空间更大,将其作为分插机构的传动部件,有利于分插机构形成更理想的插秧轨迹。3.采用齿条刀具加工非圆齿轮齿廓的方法建立了变形椭圆齿轮齿廓曲线数学模型,并利用Matlab开发了变形椭圆齿轮齿廓设计软件。4.利用VB语言开发了变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构辅助设计优化软件。经过优化,获得一组优化参数:a = 22mm,m 1 =1.3, e= 0.4,S = 160mm,δ0 = 110°,α0= -26°,φ0=15°,ω= 200 r/ min, R= 22mm, H= 130mm。按照该组优化参数设计的变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构,其相对运动轨迹为具有环扣的海豚型曲线,取秧角为12.26°,推秧角为67.96°,两角差值为55.70°,插秧穴口小于15mm,绝对运动轨迹高度达到250mm,可以满足南方和北方地区不同的插秧要求。5.利用UG和Adams软件开发了变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构虚拟样机,并进行了运动学仿真。仿真运动轨迹与辅助设计优化软件计算得到的运动轨迹完全一致,从虚拟样机和理论模型两个角度相互验证了本设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 目前国内外插秧机研究现状
• 1.2.1 高速水稻插秧机分插机构
• 1.2.2 步行式水稻插秧机分插机构
• 1.3 本课题研究的主要内容和技术路线
• 1.4 本章小结
• 第二章 水稻插秧机分插机构运动轨迹分析
• 2.1 乘坐式插秧机和步行式插秧机
• 2.2 相对运动轨迹和绝对运动轨迹分析
• 2.3 偏心—非圆齿轮和椭圆齿轮传动特性分析
• 2.3.1 偏心—非圆齿轮传动特性
• 2.3.2 椭圆齿轮传动特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 变形椭圆齿轮的传动特性分析和齿廓设计
• 3.1 非圆齿轮介绍
• 3.2 变形椭圆节曲线
• 3.2.1 变形椭圆
• 3.2.2 变形系数和偏心率对传动比特性的影响
• 3.2.3 变形椭圆节曲线不出现凹形的条件
• 3.3 变形椭圆齿轮齿廓的设计
• 3.3.1 变形椭圆齿轮齿廓形成原理
• 3.3.2 变形椭圆齿轮齿廓的数学模型
• 3.3.3 变形椭圆齿轮压力角和根切校验
• 3.4 变形椭圆齿轮齿廓设计软件的开发
• 3.5 变形椭圆齿轮的加工
• 3.6 本章小结
• 第四章 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构运动学分析
• 4.1 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构工作原理
• 4.2 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构理论分析
• 4.2.1 变形椭圆齿轮传动角位移分析
• 4.2.2 分插机构传动角位移分析
• 4.3 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的运动学模型
• 4.3.1 位移方程的建立
• 4.3.2 速度方程的建立
• 4.3.3 加速度方程的建立
• 4.4 本章小结
• 第五章 变形椭圆齿轮后插旋转式分插机构辅助设计软件开发与参数优化
• 5.1 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构辅助设计软件的开发
• 5.1.1 软件开发背景与应用环境
• 5.1.2 软件系统总体结构
• 5.1.3 软件功能介绍
• 5.2 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的参数优化
• 5.2.1 各参数变化对分插机构运动轨迹的影响
• 5.2.2 参数优化
• 5.2.3 优化结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的三维建模与运动仿真
• 6.1 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的结构设计
• 6.1.1 推秧装置的设计
• 6.1.2 栽植臂壳体的设计
• 6.1.3 凸轮安装位置的确定
• 6.1.4 变形椭圆齿轮和圆齿轮的设计
• 6.1.5 应该考虑的其他设计问题
• 6.2 变形椭圆齿轮传动后插旋转式分插机构的三维建模
• 6.2.1 虚拟装配
• 6.2.2 装配体的干涉检查
• 6.3 虚拟样机的开发
• 6.3.1 分插机构三维模型的转换
• 6.3.2 虚拟样机的校核
• 6.3.3 施加约束
• 6.3.4 施加驱动及载荷
• 6.3.5 运动仿真
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 论文的主要创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间获得的研究成果