基于ADAMS的宽窄行分插机构动力学分析[三维UG]【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 摘 要 宽窄行插秧是由农艺专家提出的一种适合我国水稻种植要求的种植方式，该种植方式的目标是增加通风，减少病虫害，增加水稻产量。目前国内插秧机用分插机构都是等行距 (30式，延吉插秧机制造有限公司和黑龙江农业机械研究所研制了一种宽窄行插机，采用等行距插秧用的曲柄摇杆式分插机构，只是在分插机构和秧箱的布置上做了一定的改进。实现了 20插秧行距，但秧箱未能有效利用，尤其是采用 20盘，与现有 30盘不通用，机器不成熟，限制了机器的推广。另外，浙江理工大学赵匀等提出了多种行星轮系宽窄行分 插机构，并进行了机构运动学的分析和参数优化。 宽窄行分插机构是宽窄行水稻插秧机的关键工作部件， 其性能的优劣将直接影响水稻插秧质量、插秧机工作可靠性、使用寿命和插秧效率，直接决定插秧机的整体工作性能和品牌竞争力。因此，对宽窄行水稻插秧机分插机构进行运动学、动力学、强度方面的分析、研究，具有重大的现实意义和经济效益，对高速插秧机的发展，宽窄行分插机构的研制以及我国水稻种植机械化水平的提高具有重要的理论意义，同时还给零件的刚柔耦合分析提供了一种实现方法。 本课题以水稻插秧机宽窄行分插机构为研究对象，首先分析了分插 机构在高速和低速运动下机座的受力变化情况，讨论了在多高的转速下需要考虑分插机构的不平衡现象，并通过在机构上增加配重来优化高速下机座受力变化幅度；其次将分插机构栽植臂壳体看作柔性体，对其在水稻插秧机分插机构工作过程中受到的应力、应变、位移进行了分析、研究，主要内容如下： (1)实现 数据转换，实现虚拟样机的仿真； (2)分析不同转速下机座受力； (3)在 进行动平衡研究； (4)实现 数据转换，在 生成取苗臂壳体中性文件； (5)实现 数据转换，在 实现分插机构的刚柔耦合模型并进行仿真分析； (6)仿真载荷文件的提取及在 境下的取苗臂壳体强度分析； 关键词： 宽窄行分插机构；动平衡；柔性体； is by is a s of is to of At 30 a do a on s 00to 0cm is 0cm is so it of In un a of of is to of of s of of in it an of is of on in we to in to to as of in of as 1) G of 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 2） of in 3) 4) G 5) To of 6) 录 摘 要 一章 绪论 . 8 题研究的背景和意义 . 8 究背景 . 8 究意义 . 2 星系分插机构的研究现状 . 3 统行星系分插机构 . 3 窄行行星系分插机构 . 5 究内容 . 6 题的研究思路 . 7 合仿真分析 . 7 第二章 维建模及虚拟样机装配 . 8 拟样机技术 . 8 植臂装配图 . 9 G 建立分插机构虚拟样机的三维模型 . 10 真步骤 . 11 建几何模型 . 12 建约束和运动 . 12 加力 . 13 加驱动 . 13 真分析与结果后处理 . 13 立分插机构虚拟样机 . 14 插机构三维模型导入 . 14 义分插机构构件属性 . 14 加运动副 . 15 加载何及驱动 . 17 插机构虚拟样机仿真 . 17 章小结 . 19 第三章 基于 配重研究 . 20 同 转速下支座力的研究 . 20 定配重块位置 . 21 加配重块 . 22 数化配重块半径 . 22 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 计研究 . 23 优化求解 . 23 果分析 . 23 章小结 . 25 第四章 基于 栽植臂壳体强度分析 . 25 立柔性体 . 25 散柔性连接 . 25 用有限元程序建立柔性体 . 26 用 建柔性体 . 26 G、 间的数据转换 . 26 G 与 间的数据转换 . 26 G 与 间的数据转换 . 27 间的数据转换 . 27 成模态中性文件 . 27 置单位制 . 27 定单元类型 . 28 义材料属性 . 28 置实常数 . 28 义单元截面 . 28 分网格 . 29 立蜘蛛网模型 . 29 成柔性体中性文件 . 31 成载荷文件 . 31 换刚性栽植臂壳体 . 31 义外部载荷 . 32 柔耦合模型运动仿真分析 . 32 出载荷文件 . 33 植臂壳体强度分析 . 37 章小结 . 39 第五章 总结与展望 . 40 结 . 40 望 . 40 参考文献 . 42 致谢 . 44 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 第一章 绪论 题研究的背景和意义 究背景 宽窄行插秧是由农艺专家提出的一种适合我国水稻种植要求的种植方 2 式，该种植方式的目标是增加通风， 减少病虫害，增加水稻产量。 全中国水稻年产量达 2000 亿公斤，占世界产量的一半以上，平均单产是世界水平的 。水稻是我国主要粮食作物 ,在粮食安全中占有极其重要的地位。水稻常年种植面积约 3000 万公顷，占全国谷物种植面积的 30 ，世界水稻种植面积的 20 ；稻谷总产量近 20000 万吨，占全国粮食总产的 40 ，世界稻谷总产的 35 ；稻谷平均单产 公顷，是单产最高的粮食作物 。 但是我国水稻种植基本采用人工育秧、插秧、收获的“三弯腰”方式 , 劳动强度大 , 工作效率较低。我国虽在五六十年代就提出了水稻栽植 机械化，但行动慢，步子小，进展不大。 据有关数据 表明，水稻种植、收获两个环节实现机械化作业可分别减少劳动用工量 40%和 76%，大幅度提高工效；机械栽插比人工手插平均节约成本 450元 /公顷左右，提高单产 375 公斤 /公顷以上；机械收获较人工收获节省成本 300元 /公顷。 因此，提高水稻插秧机械化水平对我国只拥有 7%的世界耕地却要养活22%世界人口的国家来说，具有重大的意义。 2013年农业部落实农业机械化发展目标任务，农业部要求，要积极争取各方支持，落实完善农机化发展扶持政策；加强农机与农艺、农机化与信息化融合，促 进技术创新推广；大力推进农机社会化服务，加快发展农业生产全程和全面机械化。 水稻插秧机是比较复杂的田间水稻种植作业机械，分插机构是水稻插秧机的核心工作部件，由取苗臂和秧针轨迹控制机构组成，在其他工作部件配合下完成分秧和插秧的动作，其性能直接影响插秧质量、工作可靠性和插秧效率，决定插秧机的整体水平和竞争力，因此对水稻插秧机分插机构运动运动学、动力学、强度方面的分析、研究，具有重大的现实意义和经济效益 1。 究意义 由于机械向轻型化、高速化方向发展的趋势，导致构件的柔度、惯性力矩急剧增大 ，在这种情况下，构件的弹性变形将会给机械的运动输出带来误差，尤其是对于一些挠度比较大的构和一些会产生大变形的构建。对于一些高精密机械，必须计入这种弹性变形对精度的影响，机械系统的柔度加大，系统固有频率下降；机械运转速度提高，激振频率上升。激振频率和固有频率靠近，可能会发生较强的振动现象，既破坏机械的运动精度，又影响构件的疲劳强度，并引发噪声。现代机械系统朝着高速、重载、高精度方向发展的要求也使设计者越来越重视构件浙江理工大学本科毕业设计（论文） 3 的动应力和产品的寿命预估，使得系统刚性运动与其自身变形之间相耦合而产生的弹性动力学问题已成为该领 域急需解决的普遍问题和关键技术。 宽窄行分插机构也是高速插秧机的部件，由于速度高，而且其取秧与插秧运动是空间运动，所以不能不考虑机座的受力不平衡量，通过在壳体上增加配重块，机械系统中，柔性体会对整个系统的运动产生重要影响，在进行运动学分析时如果不考虑柔性体的影响将会造成很大的误差，同样整个系统的运动情况也反过来决定了每个构件的受力状况和运动状态，从而决定了构件内部的应力应变分布。采用 且可以基于运 动仿真的结果对运动系统中的柔性体进行应力应变的分析 2。 为了提高宽窄行水稻插秧机的工作效率和工作质量，分插机构不断朝着高速、高精度方向发展，为了更加精确地模拟整个系统的运动，反映分插机构的应力、应变问题，必须将薄壁铝制的分插机构栽植臂壳体看作柔性体来进行运动仿真分析，可以将 常， 二者结合，有利于取长补短。 析对象主要是刚体，但与 合使用可以考虑分析零部件的弹性，同样 3 星系分插机构的研究现状 统行星系分插机构 传统行星系分插机构主要是等行距的，这种机构插秧的缺点是不利于秧苗内部通风。主要有如下五种形式。 (1) 偏心齿轮行星系分插机构 偏心齿轮行星系分插机构由日本率先发明 ， 并在中国申报专利。示， 共有 9 个半径相同的偏心齿轮，太阳轮 10 固定不动，两边对称布置 2对齿轮，栽植臂 4 固定在行星轮 8 上，行星架 7 与太阳轮共轴。工作时，行 星架转动， 2 个惰轮 9(也称中间轮 )绕太阳轮转动，带动 2 个行星轮在周期内摆动，栽植臂随行星架的圆周运动和随行星轮作相对于行星轮轴的摆动，构成了特殊的运动轨迹，可满足秧爪轨迹和姿态的要求。偏心齿轮行星系分插机构与非圆齿轮行星系分插机构相比较有加工简单的优点，但齿隙变化引起振动，需增加防振装 4 置，结构较复杂。中国学者也对该机构进行了研究和改进，在对该机构进行运动分析的基础上，用解析法建立了该分插机构的运动学模型 9。 (2) 偏心链轮式分插机构 偏心链轮式分插机构采用 5 个偏心链轮 ，利用 传动比变化实现分插机构的传动 要求。 偏心链轮分插机构的传动部分产生效果，与偏心齿轮、椭圆齿轮分插机构相同。不同之处在于偏心链轮分插机构没有中间轮，取而代之的是两个等径偏心链轮的传动比变化来实现要求。两偏心链轮轮心在工作周期中，靠近和分离造成链条松紧变化可由偏心张紧轮消除 10。 (3) 椭圆差速分插机构 椭圆差速分插机构 在一个回转的壳体里 (相当于轮系机构的行星架 )安装 3 个全等的椭圆齿轮， 3 个椭圆齿轮的回转中心均在椭圆齿轮的交点上且相位相同，并支撑在壳体上，栽植臂上秧爪输出的绝对运动为随壳体的平动和绕行星轮轴 心的不等速转动的合成，从而使秧爪获得适于分秧、插秧的运动轨迹。另外，在栽植臂上附加推秧机构，其作用是插秧时将秧苗准确推入土壤中。 (4) 正齿行星轮系分插机构 正齿行星轮 系 分插机构如图 示，它由正圆齿轮和椭圆齿轮组成 。通过键、行星轮轴与行星圆齿轮固结的一对栽植臂，一方面随着行星架作圆周运动，另一方面随着行星圆齿轮相对行星架作非匀速转动，在这两种运动的复合下，秧爪按要求的姿态 (角位移和轨迹 )运动，通过选择合适的结构参数， 图 心齿轮行星系分插机构 2、 4、 6、 图 齿行星轮系分插机构 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 5 足插秧要求的工作轨迹、取秧角和插秧角 11。 (5) 椭圆齿 轮 行星系分 插机构 椭圆齿 轮 行星系分插机构如图 示。其传动部分由 5 个全等的椭圆齿轮 、行星架和 2 个栽植臂 组成 。中央椭圆齿轮 I(也称太阳轮 )与机架固定，在起始位置，5 个椭圆齿轮长轴在一条直线上，行星架转动，转速为 ， 2 个中间齿轮 (也称惰轮 )绕太阳轮转动，带动 2 个行星轮 (齿轮 周期内摆动，行星轮与栽植臂一体，栽植臂上各点 (包括秧爪尖 )作复合运动：行星轮轴随行星架的圆周运动 (牵连运动 )和随行星轮作相对于行星轮轴的摆动 (相对运动 )，构成了特殊的运动轨迹。秧爪的角 速度为行星架角位移和行星轮角位移的代数和。 在 台上开发出人机交互参数优化软件，分析了各结构参数对运动轨迹和优化目标的影响，优化出满足插秧要求的结构参数 12 窄行行星系分插机构 (1) 非匀速空间行星轮系宽窄行分插机构 非圆锥齿轮行星轮系分插机构结构如图 示，主要由太阳轮 4,中间斜齿轮 2、中间非圆锥齿轮 3、和行星轮 1 组成。其中行星轮也是非圆锥齿轮，与非圆锥齿轮 3 配合，太阳轮固定不动，随着壳体的转动将带动中间轮和行星轮转动，从而完成取秧和插秧过程，由于非圆锥齿轮的存在， 秧爪尖 点的运 动轨迹为空间轨迹。 图 匀速空间行星轮系分插机构 图 圆齿轮行星系分插机构 6 (2) 圆柱凸轮滑移式宽窄行分插机构 圆柱凸轮滑移式宽窄行分插机构原理如图 示，机构由变速传动部件和栽植臂组成，其变速传动部件有 5 个全等的变性椭圆齿轮，太阳轮 2 与机架固结，中心轴 1 带动行星架 3 及两个中间轮 4 和两个行星轮 6 转动，两个中间轮 4和太阳轮 2 啮合产生自转，并分别带动对应的行星轮 6 相对行星架 3 转动；栽植臂 11 通过行星轴 8 与行星轮 6 固结，圆柱凸轮 9 以栽植臂 11 相对行星 架 3 转动作为动力，驱动栽植臂 11 在旋转的同时相对行星架 3 横向移动，形成一空间轨迹，推秧杆 13 在凸轮 7、拨叉 15 和弹簧 12 组成的凸轮机构的控制下，依靠弹簧 12 弹力在指定位置完成推秧，并通过凸轮 7 挤压弹簧 12 收回，准备取秧和下次推秧。 究内容 目前对于分插机构的研究都集中于，秧针尖点轨迹、姿态角、取秧角度、插秧角度、秧针尖点的运动速度等上面，缺乏对动力学的研究；缺乏对机构平衡的考虑，基于此种情况，尤其是在高速运动情况下，不平衡量的大小对机构的可靠性和使用寿命起着至关重要的作用，利用多 刚体动力学分析软件 宽窄行分插机构的平衡情况进行研究。 分插机构栽植臂壳体是薄壁硬铝合金壳体，当分插机构取秧时，按在栽植臂壳体上的秧针撕取秧箱上的秧苗，此过程是分插机构整个周期中受力最大，也是容易产生破坏的过程。本论文利用 析纯刚体分插机构在高速运动时机座的受力变化情况，还采用了 取秧时秧针与秧门发生碰撞、插秧时碰到石子）时栽植臂的变形和应力分布， 图 圆柱凸轮滑移式宽窄行分插机构 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 7 结构的改进设计以提高栽植臂工作时的可靠性。主要的研究 内容如下： (1)实现 数据转换，实现虚拟样机的仿真； (2)分析不同转速下机座受力； (3)在 进行配重研究； (4)实现 数据转换，在 生成取苗臂壳体中性文件； (5) 实现 数据转换，在 实现分插机构的刚柔耦合模型并进行仿真分析； (6) 仿真载荷文件的提取及在 境下的取苗臂壳体强度分析； 题的研究思路 本课题利用 流程如 图 合仿真分析 章小结 图 柔耦合分插机构运动仿真分析流程图 8 第二章 维建模及虚拟样机装配 拟样机技术 虚拟样机技术 (一种基于虚拟样机的数字化设计方法，是各领域 术的发展和延伸。虚拟样机技术进一步融合了先进建模 /仿真 技术，现代信息技术，先进设计制造技术和现代管理技术，将这些技术应用于复杂产品全生命周期和全系统的设计，并对他们进行综合管理。与传统产品设计技术相比，虚拟样机技术强调系统的观点，涉及产品全生命周期，支持对产品的全方位测试，分析与评估，强调不同领域的虚拟化的协同设计。 多刚体动力学分析软件 是一种虚拟样机技术， 它通过计算机软件建立机械浙江理工大学本科毕业设计（论文） 9 系统的三维实体模型和力学模型，分析和评估系统的性能，从而为物理样机的设计和制造提供合理的参数依据。虚拟样机技术的核心是机械系统动态仿真，还包括三维 模方法、有限元分析 方法、机电液控制技术和最优化方法等相关技术并取得了很好的应用效果。同传统的基于物理样机的设计方法相比，虚拟样机的设计方法具有很多特点 16，包括全新的开发模式、降低开发成本、实现动态联盟等。 植臂装配图 由 立各个零件的二维工程图，分插机构栽植臂装配图和栽植臂壳体主视图如图 示。 图 栽植臂剖视图 垫圈 图 栽植臂后盖法向视图 10 G 建立分插机构虚拟样机的三维模型 X)是 它为用户的 产品设计 及加工过程提供了数字化造型和验证手段。拟产品设计 和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。 本实验中采用 现装配仿真分析，图 行分插机构的部分构件的三维模型： 图 拨叉 图 定位板 图 后端盖 图 推秧杆 图 凸轮 图 秧针 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 11 图 植臂子装配 由于细小零件较多，此处就不