异形非圆锥齿轮行星轮系水稻宽窄行分插机构毕业设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 录 第 1 章 .言 .窄行分插机构的发展状况 .题研究内容 .章小结 . 2 章 .窄行插秧达到的效果和机构工作原理 . 宽窄行分插机构达到的效果 . 分插机构的工作原理 .窄行分插机构的运动要求 .插机构的数学建模及参数确定 . 非圆锥齿轮齿轮节曲线表示 . 求解共轭非圆锥齿轮节曲线 . 10 插机构空间轨迹模型构建 . 11 插机构参数分析及优化 . 13 章小结 . 19 第 3 章 . 分插机构行星轮系的建模与仿真分析 . 20 完全非圆锥齿轮的齿廓设计及三维造型 . 20 插机构不完全非圆锥齿轮行星系的建模 . 21 完全非圆锥齿轮行星轮系的仿真分析 . 22 第 4 章 . 插秧机分插机构的三维建模及二维图纸设计 . 23 体的结构设 计 . 24 植臂机构设计 . 25 零部件的二维图纸生成 . 26 插机构零件设计的注意问题 . 28 第 5 章 . 论文总结 . 29 文总结 . 29 秧机分插机构的发展前景 . 29 参考文献 . 30 致谢 . 32 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 水稻是我国最主要的粮食作物。中国人口众多，而农民数量逐年减少，为了 提高工作效率，保障粮食增产，如今插秧机正在推广、改进，尤其是插秧机的关 键工作部件 分插机构。根据我国的地理环境，我国率先研究发明了宽窄行分 插机构，以提高秧苗的通风性，减少水稻病虫害，从而增加水稻的产量。 本文根据现有的成果来研究一种不完全非圆锥齿轮系宽窄行分插机构。本文 的研究内容和主要成果如下： （ 1）对分插机构的类型和发展状况进行了介绍，提出了一种新的不完全非圆锥 齿轮高速宽窄行分插机构。 （ 2）对宽窄行分插机构要实现的插秧要求进行分析，介绍了 该分插机构的工作 原理，并通过 换矩阵进行数学建模，从而得到分插机构的齿轮节曲线点以 及机构运动形成的秧针轨迹，通过调节参数优化轨迹，使轨迹达到插秧要求，得 到机构的设计参数。 （ 3）根据轨迹优化后得到的参数对分插机构的一些重要零部件进行设计 建模 ， 完成了分插机构的三维建模及 动学仿真。 （ 4）介绍了插秧机整体的三维建模及各零件的二维图纸的生成过程。 关键词 ： 宽窄行分插机构； 阵变换；不完全非圆锥齿轮；轨迹优化； 运动学仿真 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is of a of of a of as (1) a (2) a we of We to e wo of (3). (4). of of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 章 言 中国是一个农业大国，而水稻是我国主要的粮食作物。要实现农业现代化必 须要实现农业机械化。中国目前的农业机械化水平还不高，目前只有 中 国的农业装备制造业只有持续稳定快速发展，产品国际竞争力与科技创新能力才 会逐步跨入世界先进行列。节能减排和低碳经济发展模式成为提升物质装备和改 变发展方式的优先战略。“十二五”中国农业机械化发展形势分析中提到农作 物耕种收综合机械化水平将要稳步提升 2 3 个百分点，到 2015 年达到 60%以上。 水稻栽植、 收获机机械化，玉米收获机械化进入提速发展期。其中水稻种植的机 械化必须要大力发展，水稻合理的栽植能够有效地提高水稻产量 。 水稻机械化中最重要的是水稻插秧机，水稻插秧的机械化能够提高生产效率。 现如今大多数的农村青壮年劳动力都离开农村到城市务工，农村劳动力数量和水 平都持续下降，所以提高水稻插秧的机械化水平尤为重要，因此插秧机的发展是 目前发展的重点。而水稻插秧机中的分插机构决定了插秧机的性能。目前世界范 围内的分插机构均为均匀行插秧，由于均匀行插秧容易导致秧苗的通风效果 差， 容易造成水稻的病虫害， 还有由于均匀插秧造成的光照不充足的问题，都会大大 影响水稻的产量。 因此宽窄行插秧的种植方法在我国显得尤为重要，利用插秧行距不同来改善 通风减少病虫害，提高粮食产量。同时有助于减少农药的使用，对环境的保护会 起到很大的作用。 窄行分插机构的发展状况 浙江理工大学的赵匀教授领导课题组研究开发了一系列宽窄行分插机构。 变位齿轮行星轮系宽窄行分插机构，如图 所示： 偏心 构只对中间齿轮变位，太阳轮 和行星轮为偏心圆齿轮。该偏心 系由两个全等偏心圆齿轮、一个与其共轭的偏心变位齿轮和一个行星架构成。由 1 13 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 异形非圆锥齿轮行星轮系水稻宽窄行分插机构设计 于偏心齿轮和共轭偏心变位齿轮啮合，引起传动比的非匀速变化，从而使得行星 轮相对行星架作非匀速转动。行星轮随着行星架绕回转中心作圆周运动，同时相 对行星架作非匀速转动，行星轮的绝对运动是这两种运动的复合运动。通过键、 行星轮轴与行星轮固结的一对栽植臂和行星轮作相同的复合运动。插秧机由传动 箱 1、齿轮箱 15、 16 和栽 植臂部件 17、 18 组成。通过一套锥齿轮 圆柱直 齿轮 锥齿轮斜置式逐级啮合的变向传动机构，使安装在输出轴 13、 14 上的 分插机构齿轮箱 15、 16 转动方向相对于传动箱的成 角度，从而使栽植臂部件 17、 18 在相对于插秧机前进方向的倾斜平面内运动。该机构能保证在取秧位置 不变、取秧口等距分布前提下使得插秧位置形成农艺要求的宽窄行分布。 3、 I 6、 9、 10、 13、 15、 17、 图 行式偏心 变位齿轮行星系分插机构 图 所示， 9. 右调整垫片 17. 下右中间齿轮 图 向节驱动倾斜式宽窄行分插机构 2 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江理工大学毕业论文 万向节驱动倾斜式宽窄行分插机构工作原理，动力由第一链轮通过链条传到 第二链轮，第二链轮固结在链轮轴上，链轮轴两侧分别安装结构相同的左右传动 箱，装在左右传动箱体上下侧的栽植臂；其特征在于：右传动箱结构是链轮轴右 侧通过万向节使右万向节输出轴与链轮轴成一斜角。右万向节输出轴的右端与右 行星架固接，在右行星架内，右太阳轮通过轴承支撑在右万向节输出轴上，并通 过右法兰，右调整垫片与右万向节右端传动箱体上的法兰固定连接，右太阳轮经 上下右中间齿轮分别与各自上下右行星齿轮连接，与上下右行星齿轮固定连接的 上下右行星轮轴分别连接各自的上下右栽植臂。其特征在于：所述的右行星架与 链轮轴倾斜布置，使得分插机构中秧针的工作平面与链轮轴之间有一个倾斜角度， 该倾斜角度使秧针的插秧位置在取秧位置的右面侧移、偏移一定的距离，以实现 宽窄不同的变行距插秧。 图 ： 行星偏心齿轮 12. 右上推秧 弹簧 14. 右上被动锥齿轮 15. 右上栽植臂座 轮 26. 右下中间轴 30. 右下第二轴套 31. 右下第一轴套 锥齿轮轴 38. 右下推秧弹簧座 39 右下栽植臂 图 种宽窄行水稻插秧机齿轮传动分插机构 一种宽窄行水稻插秧齿轮传动分插机构，包括传动箱，传动部件中的中心轴 左右两端分别固结有内部结构相同的左右传动箱，伸出左右传动箱外的四根行星 3 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 异形非圆锥齿轮行星轮系水稻宽窄行分插机构设计 轴分别安装栽植臂部件以右边为列：固定在中心轴的右端的右传动箱体内，空套 在中心轴上的右中心偏心齿轮通过右轴套与机架固定连接， 右上、右下、中间轴 上分别固定安装有右上右下第一中间齿轮和右上右下第二中间齿轮。右上、右下 行星轴上分别固定安装右上，右下第一行星偏心轮 和空套右 上，右下第二行星 圆柱齿轮，右中心偏心齿轮分别与右上右下第一中间齿轮啮合，右上、右下第一 中间齿轮分别与右上右下第一行星偏心轮系啮合，右上、右下行星轴的一端通过 轴承在右传动箱体的座孔内，伸出右传动箱体外的另一端分别与右上右下栽植臂 座固结，在右上右下栽植臂座内，通过轴承空套在右上，右下行星轴上的右上右 下主动锥齿 轮分别通 过右上右 下第一轴套 与右传动 箱 体内的 右上右下第 二行星 圆柱齿轮固接，通过轴承空套支撑在右上，右下第一轴套上的右上右下推秧凸轮 通过伸出右上右下栽植臂的右上右下第二轴套与传动箱体固定连接，与右上右下 主动锥齿轮啮合的右上右下被动锥齿轮固定在右上右下被动锥齿轮轴的下端，右 上右下被动锥齿轮轴通过轴承支撑在右上右下栽植臂，右上右下栽植臂座的座孔 内，右上右下被动锥齿轮轴的上端固定右上右下栽植臂，右上右下栽植臂通过轴 承空套在右上右下栽植臂座垂直于右上右下行星轴方向的箱体上。 题研究内容 （ 1） 秧机为基础，设计出不完全非圆锥齿轮行 星系机构，分插机构左右对称，先以一边作为研究对象，机构示意图如图 2,3, 4,5, 图 插机构示意简图 （ 2） . 基于 换矩阵，列出行星轮系各重要点的关联矩阵，从而得到 分插机构秧针的运动轨迹矩阵 。利用 写设计程序。然后通过软件对 4 6 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江理工大学毕业论文 所设定的宽窄行分插机构的插秧轨迹，运动特性等 进行分析和设计，以达到所需 的各种要求，使其能满足于高速宽窄行插秧机的插秧要求； （ 3） 通过 维建模将齿 轮的三维模型建造出来，然后将其他零件进行三维造型，进行装配、仿真。 章小结 （ 1）在我国进行高速水稻插秧机分插机构研究的重要性。 （ 2）综述宽窄行分插机构的发展状况，介绍几种宽窄行分插 机构的工作原理， 以及插秧机构的发展趋势。 （ 3）课题研究的主要工作。 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 异形非圆锥齿轮行星轮系水稻宽窄行分插机构设计 第 2 章 插机构 设计的分析 窄行插秧达到的效果和机构工作原理 窄行分插机构达到的效果 适当的插秧密度是水稻获得高产的重要因素。生产上要求水稻个体与群体都 要发挥良好，这样能充分利用空间、光能、养分、二氧化碳等条件，能够发挥增 产潜力，实现稳产高产的目的。宽窄行插秧能够实现这一目标，宽窄行的插秧效 果图如图 所示，均匀行插秧如图 示： 4. 秧苗 门 4. 秧苗 图 窄行插秧示意图 图 行距插秧示意图 从示意图可以看出，宽窄行插秧更能使秧苗的通风性、光照性能增强，加强 秧苗的光合作用，并能够有效利用市场上现有插秧机的秧门，减少机器改进的成 本，有助于新型插秧机的推广。 插机构的工作原理 本文 设计 的 不完 全非 圆 锥齿 轮 行星 轮 系宽 窄行 分 插机 构 的机 构简 图 如图 示。 6 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江理工大学毕业论文 图 型示意图 由于该分插机构作业时呈左右对称布置，因此以右分插机构为例介绍其工作 原理。该机构共由 7 个齿轮组成，中间 3 个齿轮（ 17、 4、 11）为斜齿圆柱齿轮， 而中间齿轮 12、 8 和行星齿轮 14、 6 为奇异锥齿轮。分插机构动力由插秧机动力 驱动箱 21 内的主动链轮或锥齿轮 19 经链条或传动轴 18 传递到中心链轮或锥齿 轮 1 上，带动中心轴 2 转动，中心轴 2 带动左、右齿轮箱 16 转动，在齿轮箱 16 内，空套在中心轴 2 上与传动箱 21 固定的 右中心齿轮 17 与右中 间齿轮 4、 11 啮合，右中间异形锥齿轮 8、 12 与右中间齿轮 4、 11 同轴安装，且与右行星异形 锥齿轮 6、 14、啮合，右行星异形锥齿轮 6、 14 与右中间异形锥齿轮 8、 12 之间 的轴交角为不等于 90 度的一个小角。当右行星异形锥齿轮 6、 14 随右行星轴 5、 13 相对右齿轮箱 16 转动时，带动右栽植臂 7、 15 反向转动，由于右行星异 形锥齿轮 6、 14 与右中间异形锥齿轮 8、 12 之间的轴交角并不等于 90 度，因此 左、右栽植臂 7、 15 的转动平面与右齿轮箱 16 的转 动平面不是平行平面，引起 右栽植臂 7、 15 上的秧针在取秧后，其插秧点相对于取秧点向左或向右偏移相应 距离。右栽植臂 7、 15 的转动使右拨叉围绕固定的右凸轮（固定在右齿轮箱 16 上）摆动，在取秧前右拨叉经过右凸轮的上升段而抬起，将右推秧杆提高至最高 点，同时压缩推秧弹簧；在取秧到插秧前，右拨叉处于右凸轮的最高位置保持段； 当秧爪到达插秧位置，拨叉转至凸轮缺口，推秧弹簧回位推动推秧杆向下快速运 动，将秧苗推入土中。从而顺序完成了水稻秧苗的取秧、插秧动作，实现水稻秧 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 异形非圆锥齿轮行星轮系 水稻宽窄行分插机构设计 苗的机械化宽窄行移栽。 窄行分插机构的运动要求 宽窄行分插 机构的绝 对运动轨 迹是当插 秧机有一 个向前的 速度是秧针 相对 地面的轨迹；相对运动轨迹为秧针相对于太阳轮的运动轨迹。分插机构的工作过 程如下 : （ 1）取秧过程：秧针从运行到碰触到秧苗开始到将秧苗从秧毯上取下的过 程，这过程要求秧针尽量减少伤害秧苗，这样缩短秧苗的返青时间，有利于秧苗 的成长，使水稻产量增加。这要求秧针取苗的时候是垂直秧门下去，这样不会伤 害到其他的秧苗。所以在取秧过 程的轨迹应该和秧门垂直。取秧时秧爪与水平线 的夹角 ( 取秧角 ) 应在 5 25 ; （ 2）送秧过程：是指取完秧后到开始推秧的这段过程，秧苗从秧毯被取下 来在秧针上随着分插机构旋转，从垂直秧盘到旋转到一定角度，以便方便 插秧。 （ 3）插秧过程：是将秧苗插入到地里的过程，这过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 度之间，这需要轨迹在插秧阶段形成 的穴口适合。轨迹的穴口长度为 20 30 过大会导致所插秧苗倒 伏或漂秧 ; 增加秧苗的返青时间，不利于水稻增产。推秧时秧爪与 水平线的夹角 ( 推秧角 ) 应在 60 80 ,即取秧角与推秧角的角度差约为 50 60。 （ 4）空运行过程：由于插秧机往前运动，在空运行过程中要求插秧机不能 将秧苗推到，这将有利于秧苗的成长，以减少返青时间。回程轨迹要有向上的趋 势 , 避免有太向前的趋势 , 以免秧爪碰伤已插秧苗。 对分插机构的工作过程有以下的轨迹要求： 第一，宽窄行分插机构的相对运动轨迹要满足宽窄行插秧的目的，宽窄行分 插机构相对 运动轨迹 主要是通 过取秧点和 插秧点位 置在行向 上产生偏移 量来达 到宽窄行插秧的目的。 这就是说秧针针尖形成的轨迹在 Z 轴方向上要有偏差值。 栽植臂轴心轨迹不能与已插秧苗的中底部位接触， 以免碰伤秧苗； 两栽植臂在 插秧过程中不能发生运动干涉。 第二，宽窄行分插机构的相对运动轨迹要满足“腰子形”，因 为只有满足这 种形状的时候能满足以上的插秧的要求。 8 8买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江理工大学毕业论文 插机构的数学建模及参数确定 圆锥齿轮齿轮节曲线表示 利用统一的 曲线表达 式实现不 同齿轮节 曲线的数 学表示是 齿廓数据计 算首 要解决的 一个问题，鉴于 自由曲线形状表达的灵活性可以满足不同形状 齿轮的设计需要，故采用 线拟合再现节曲线。 线表达式 给定 n+1 个 控 制 点 1, , 节 点 矢 量 U=u0, un+k+1 和 权 因 子 1, .,k 次 线可以由分段有理 B 样条多项式基函数定义为： C(u) i,k (u) i,k (u) i0 i0 权因子 控制点 联系且为非负值，当 于 0 时， 不影响曲线 C(u)的计算， Ni,k(u)是 k 次 B 样条基函数 ，其递推公式为： ik i ik 1 i1 由于三次 线可以满足节曲线上各点的二阶连续性，故取 k 为 3，则 首末节点的重复度为 k+1=4，即 u0=u1=u2=u3,= = = 。若给定一组数据 点 i=0,1 q)作为拟合节曲线的型值点，即节曲线上 的若干点，则 应的 节点为 u3+i(i=0,1 q) ，加上 首末重复 节点后 ，曲线的 节点矢量 为 ， u3+q, q+1), q+2), u 3+(q+3)，节点定义 域为 0,1。由 于节曲线为 封闭曲 线，定义领域内的节点 u3,u3+q可以利用弦长法确定各个节 点值，定义域外的节 点 (u0,u1,和 (q+1), q+2), q+3) 可 以 分 别 定 义 为 （ -1,-1, 和 （ ,）。另外，非 圆锥齿轮节曲线上 各点的权重一致 ，为了简化计算可 以取 。 在已知若干型值点的条件下拟合节曲线的关键是反求相应的控制点，并利用 控制点包容方法获取封闭的球面节曲线，即让首末 3 对控制点按顺序环绕重合。 根据给定的型值点数 q+1，确定曲线的控制点数为 q+k，结合控制点条件 n 和型值点条件 以建立控制点的求解方程： 9 n n 141 u u u i i1 N (u) i,0 0 u u u u N (u)N (u) N (u) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 异形非圆锥齿 轮行星轮系水稻宽窄行分插机构设计 1 1 1 0 P 0 Q n1 0 a(n1)(n2) a(n1)(n1) a (n1)n n2 n1 P 1 1 0 n 其 中： 递推公式 (1)确定， 型值点数据。 通过上述方 法可求解 得到根据 给定的型 值点拟合 得到的封 闭非圆锥齿 轮节 曲线。 解共轭非圆锥齿轮节曲线 非圆齿轮设计的首要问题是其节曲线的设计，节曲线实际上是一对相互啮合 且运动时两者之间为纯滚动的封闭共轭曲线。非圆齿轮的传动比即为齿轮的角速 度比值。因此本文通过以求出的传动比函数以及给定非圆齿轮中心距的方法求出 非圆齿轮的节曲线。 可知齿轮的节曲线方程为： 0 2 1 式中： 传动比 i 对应的主动轮节曲线向径 ， 传动比 i 对应的从动轮 节曲线向径， a 为非圆齿轮中心距。 现给定非圆锥齿轮传动的中心距 于传动比 非定值，所以 A 值很 难确定。现在假设非圆锥齿轮传动的中心距为 1/2，由上述步骤可以得到 主动非圆锥齿轮 1 的封闭节曲线，但此时得到的从动轮节曲线不能闭合。在保证 1 的值不变，通过调整中心距 调整从动轮的节曲线的闭合程度。设 置误差范围为 ，当主动轮旋转一周后，从动轮的旋转角位移满足 时， 则可以认为从动轮闭合。通过此方法完成对非圆锥齿轮节曲线及其中心距 优化，如下图所示： 图 非圆齿轮节曲线示意图 10 P Q n2 1 l a l 2 1 l / l d 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江理工大学毕业论文 插机构空间轨迹模型构建 以物理坐标原点作为机构坐标原点，建立参考坐标系 定机构顺时 针方向为负，利用 阵变换将分插机构坐标原点系逐步变换 到秧针尖点的方法实现轨迹建模。 其中，各位置的 变换矩阵如下所示： 0 0 0 1 为参考坐标系的位置和方向矩阵。 参考坐标系 坐 标系 关联矩阵为： 0 0 0 1 其中， 为分插机构行星架的初始安装角，坐标系 的 转过 角后与机架初始位置平行， z 轴同轴。 坐标系 坐标系 关联矩阵为： 0 0 0 1 其中， 1 为行星架转角（规定逆时针转动为正）， 和机架 转过 1 角后平 行， 同轴。 坐标系 坐标系 关联矩阵为： 0 0 0 1 其中， 为斜圆柱齿轮的的交错角（规定逆时针转动为正）， 与 同轴， 绕 转过 角。 11 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 E 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 2 1 0 0 0 0 0 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 异形非圆锥齿轮行星轮系水稻宽窄行分插机构设计 坐标系 与坐标系 的关联矩阵为： E 4 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 其中， 第一节圆柱齿轮的中心距，因此，坐标系 对于坐标系 沿 移动了 坐标原点与从动圆柱齿轮中心重合。 坐标系 与坐标系 的关联矩阵为： 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 其中， 为行星轮偏置角，坐标 系 转动 角后，使得 与行星轮架重合。 通过相对于坐标系 标系 0 0 与坐标系 1 的关联矩阵为： 其中， 为非圆锥齿轮锥角，坐标系 转动 角后，使得 与行星轮轴线重合。 通过相对于坐标系 标系 0 0 0 与坐标系 的关联矩阵为： 其中， z 为行星轴段栽植臂的长度，坐标系 平移距离 z 得到。 坐标系 关联矩阵为： 1 0 0 x 0 0 0 1 12 7 由坐标系 沿着 0 0 1 6 0 0 0 1 0 0 0 1 0 7 0 0 0 1 0 0 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江理工大学毕业论文 其中， x 为中间段栽植臂的长度，坐标系 平移 x 的距离得到。 坐标系 关联矩阵为 ： 0 0 0 1 8 由坐标系 沿着 中， y 为中间段栽植臂的长度，坐标系 移 y 的距离得到。 将上诉的关联矩阵连乘得到： 0 0 0 1 其中， 秧针尖点的轨迹点坐标。 是由坐标系 沿着轴 对 分 插 机 构 秧 针 运 动 轨 迹 的 数 学 矩 阵 模 型 建 立 好 后 ， 将 关 联 矩 阵 输 入 可以通过 序编译轨迹运动程序，从而定量分析轨迹，选择最 优组数据。通过编程得到如下轨迹： 图 学模型得到的轨迹 插机构参数分析及优化 可知行星轮系模型的建立的主要参数是给定非圆锥齿轮的 13 个型值点，然 后根据这 13 个型值点得到共轭的齿轮节曲线。因此可以确定，非圆锥齿轮节曲 线的形状将直接影响到插秧轨迹的形成。通过对程序参数的优化，可以确定某些 13 1 0 0 0 0 1 0 y 9 n s a g x x x x n s a g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9