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三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构的结构设计与试验研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 本研究目的和意义

1.2 分插机构国内外研究概况

1.2.1 传统分插机构研究概况与分析

1.2.2 旋转式非匀速传动分插机构研究状况与分析

1.3 总结与分析

1.4 本文主要研究内容

第二章 三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构的工作原理与运动分析

2.1 三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构的工作原理

2.2 椭圆齿轮传动的运动分析

2.2.1 椭圆齿轮的啮合特性

2.2.2 椭圆齿轮的传动比

2.2.3 差动椭圆齿轮系的转角关系

2.2.4 运动学模型的建立

2.2.5 分插机构各分支椭圆齿轮安装角的确定

2.3 本章小结

第三章 差动椭圆齿轮系分插机构的优化设计

3.1 齿轮盒和栽植臂的参数优化

3.2 推秧机构的运动学模型与参数优化

3.3 侧隙补偿机构的结构设计与参数优化

3.3.1 侧隙补偿机构的结构设计

3.3.2 侧隙补偿机构的结构组成与工作原理

3.3.3 椭圆齿轮传动侧隙的估算

3.3.4 侧隙引起的行星轮转角误差分析

3.3.5 凸轮轮廓的确定

3.3.6 摆杆凸轮机构的仿真

3.3.7 侧隙补偿机构的参数优化

3.4 本章小结

第四章 三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构的动力学仿真

4.1 三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构的三维建模

4.1.1 带侧隙补偿机构的三转臂式差动椭圆齿轮系的结构设计

4.1.2 三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构的三维建模

4.2 分插机构的ADAMS虚拟样机动态仿真

4.2.1 三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构虚拟样机模型导入

4.2.2 约束和载荷设置

4.3 分插机构运动学仿真结果分析

4.3.1 秧针尖点运动轨迹分析

4.3.2 秧针尖点速度分析

4.3.3 秧针尖点加速度分析

4.4 分插机构动力学仿真结果分析

4.5 本章小节

第五章 三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构的试验研究

5.1 样机试制与装配

5.2 试验设备与试验方法

5.2.1 试验设备

5.2.2 试验方法与步骤

5.3 试验结果分析

5.4 本章小结

第六章 工作总结与研究展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

致谢

读研期间的科研成果

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摘要

旋转式分插机构一直是高效机插秧技术的研究热点和难点问题之一,研究一种高效可靠的旋转式分插机构对提升我国机插秧的技术水平和国产高速水稻插秧机的产品竞争力,具有重要的研究意义和良好的市场前景。
  本文在分析了差动椭圆齿轮系传动特性的基础上,提出了一种具有侧隙补偿的三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构,对其结构参数优化、结构设计、动力学仿真和运动参数测定试验开展研究,具体研究工作如下:
  (1)提出了一种三转臂式差动椭圆齿轮系分插机构,主要应用于小株距水稻密植。利用在齿轮盒内绕中心轮均布错位安装3组椭圆齿轮传动,每个分支由3级椭圆齿轮传动组成,形成两自由度差动轮系驱动栽植臂的新结构,其秧爪运动轨迹和姿态能够满足分秧、插秧的运动要求,适合栽插株距从120 mm到200 mm、苗高小于285mm的秧苗。
  (2)建立了三转臂式差动椭圆系分插机构的运动学模型,分析了差动椭圆轮系中行星轮随中心轮的转角关系、秧针尖点的轨迹及其姿态变化。利用建立的分插机构运动学模型,在Matlab软件下进行编程计算,结合人机交互功能,优化了齿轮盒和栽植臂参数,使秧爪取秧方向与秧苗方向基本相同,栽植秧苗的直立度比较理想合适。应用反转法建立了行星轮非匀速输出转角驱动下推秧机构的运动学模型,优化了推秧机构的结构参数,得到了准确的凸轮轮廓和推秧动作关系。
  (3)针对非匀速齿轮传动型分插机构存在齿轮侧隙问题,设计了一种补偿分插机构非匀速齿轮传动侧隙的摆动从动件凸轮机构,根据摆杆凸轮的设计要求,通过ADAMS软件中求解器以及建模功能,迅速导出补偿凸轮的理论轮廓曲线,从而进一步建立凸轮工作轮廓的三维结构模型,通过在ADAMS中进行运动学和动力学分析来优化补偿凸轮相对于行星轮的初始安装角位移和摆动从动件凸轮机构中弹簧刚度的确定。
  (4)利用Solidworks和ADAMS软件分别对三转臂式差动椭圆齿轮系分析机构进行三维建模和动态仿真,通过分析对带侧隙补偿结构分插机构和不带侧隙补偿结构分插机构的秧针尖点运动学特性、各级椭圆齿轮啮合力以及行星轮轴轴向力矩的力学特性曲线,分析表明带有侧隙补偿结构分插机构的插秧轨迹更加稳定平滑、有效解决了分插机构中椭圆齿轮侧隙引起的栽植臂晃动的问题。
  (5)基于图像处理对试验样机进行运动参数测定试验,得出了分插机构三个分支秧针的轨迹、姿态以及速度特性,结果表明测试结果与理论计算结果非常吻合。

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