论文摘要
割刀传动机构是联合收割机的重要部件,其工作性能直接影响着联合收割机作业的质量和效率。目前国内的联合收割机上大多采用的是曲柄连杆机构、摆环机构。其共同缺点是:刀杆受到垂直或水平方向的分力,导致刀杆易造成断裂。而行星齿轮式传动机构的结构特点是刀杆头不受垂直方向的分力和前后水平分力作用,因而磨损小,振动也小,结构紧凑,工作可靠。至今,世界上只有Deutz-Fahr联合收割机上的割刀采用了行星齿轮传动机构,对其研究、设计极少。因此,设计、研究行星齿轮割刀传动就十分必要。针对割刀的摆环传动机构使刀杆受到垂直分力的作用,导致刀杆受到振动和易断裂的缺点,本文利用优化设计的手段,设计了联合收割机行星齿轮传动机构,并对所设计的机构的合理性与工作可靠性进行了分析与验证。应用Matlab软件的优化工具箱,对联合收割机行星齿轮传动机构进行优化设计;以所得的优化参数用三维机械设计软件Pro/E完成了虚拟装配和运动学仿真;再把模型导入到有限元分析软件ANSYS中,按照行星齿轮传动机构的特点和实际工作条件,对行星齿轮进行了弯曲静力分析,求证设计的合理性。全文的研究内容和结果如下:（1）以东方红4LZ-2.5联合收割机的割刀传动机构为例,分析了现有的摆环箱传动机构的运动规律,同时分析行星齿轮传动机构的运动特性,得到了行星齿轮传动机构要满足割刀的往复直线运动,各零部件尺寸要满足的条件。（2）以体积最小为目标函数,以满足能实现割刀运动的尺寸条件、满足行星齿轮设计过程中的尺寸条件、满足额定承载能力条件等为约束条件,建立行星齿轮传动机构优化设计的数学模型。（3）采用基于Matlab的遗传算法工具箱对目标函数进行优化,得到行星齿轮传动机构的几何参数的最佳组合,根据实际情况圆整优化结果。（4）在Pro/E软件中,完成行星齿轮传动机构3D造型和虚拟装配,检验零件尺寸的正确性。运用Pro/E软件的运动仿真功能,对设计的行星齿轮机构执行接近实际状况的运动仿真测试,得到割刀的运动曲线,和东方红4LZ-2.5联合收割机现有传动系统下的割刀运动做比较,验证设计的合理性。（5）根据行星齿轮传动机构处于低速重载工况条件,针对优化设计后的齿轮进行弯曲强度有限元分析,验证优化设计结果的正确性。研究结果表明:本文所优化设计的行星齿轮机构,经Pro/E软件运动仿真的检验知,与东方红4LZ-2.5联合收割机现有传动机构的运动相近,得出其设计尺寸可行;经有限元弯曲应力的分析,知所设计的齿轮满足强度要求。继一系列的CAD,CAE技术的设计、检验之后,知本文所设计联合收割机的行星齿轮传动机构提高了工作性能和可靠性。从而从根本上改善了收割机割刀的受力状况,解决了刀杆断裂问题,提高了联合收割机的工作效率。