基于ADAMS的宽窄行分插机构动力学分析（全套含CAD图纸）
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本科毕业设计（论文）开题报告 班 级 姓 名 课题名称 基于 宽窄行分插机构动力学分析 开题报告 目 录 1 选题的背景与意义 统行星系分插机构 窄行行星系分插机构 内外研究现状和发展趋势 窄行分插机构动力学分析 的 意义 2 研究的基本内容与拟解决的主要问题 本内容 解决的主要问题 3 研究的基本内容与拟解决的主要问题 究思路方案 行性分析 期研究成果 4 研究工作计划 参考文献 （开题报告全文附后） 成绩： 答 辩 意 见 答辩组长签名： 年 月 日 系主 任审 核意 见 签名： 年 月 日 1 基于 窄行分插机构动力学分析 1 选题的背景与意义 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，见报道的只有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 1 但由于宽窄行分插机构是一种空间机构，栽植臂的作空间取秧和推秧运动，有必要对机构进行动力学分析。 统行星轮系分插机构 (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。该机构如图 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 8。 (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 9 (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 2 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，就可以找到 满足插秧要求的工作轨迹、取秧角和插秧角 10。 (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 11 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 圆齿轮行星系分插机构 图 心齿轮行星系分插机构 2、 4、 6、 图 齿行星轮系分插机构 3 图 匀速空间 行星轮系分插机构 (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。 内外研究现状和发展趋势 内研究现状与趋势 目前国内对于分插机构动力学分析的普遍做法是首先建立机构运动学模型，主要是宽窄行分插机构秧针尖点的相对运动位移方程；再通过 件建立虚拟样机模型，使用仿真软件模型进行运动学分析和动力学分析，计算出机构对于整体转动中心的不平衡量，再通过增加配重质量或去掉部分质量的方法，使得机构达到整体的动平衡。其次是建立动力学模型，通过 联合仿真分析计算出机构何处应力最大，再通过 优化设计对结构进行优化。联合仿真分析的方法和虚拟样机的仿真技术也是未来发展的趋势。 构 平衡的主要方法 图 圆柱凸轮滑移式宽窄行分插机构 4 完全平衡是机构的总惯性力恒为零。主要包括：利用对称机构平衡，利用平衡质量平衡等方法。但是这种 方法在结构上受到限制，会使整个机构的体积或质量大大增加，因此实际中很少或仅在特定条件下采用这种方法，而是采用部分平衡法 13。 部分平衡仅平衡掉一部分惯性力，平衡后仍有残余的不平衡惯性里存在。主要方法包括：利用几套相似机构，利用齿轮平衡机构，利用柔性配重和在曲柄上加平衡质量等。每种方法都有各自的优缺点，加平衡质量法因其结构简单，平衡效果合适，所以应用较为广泛。 构动平衡研究趋势 迄今为止，国内外的学者在机构的动平衡方面做了很多研究，也尝试了很多方法。最常用的方法是配重平衡法， 其中关于平衡系数 K 值的选取，有很多不同的原则，但是，不管怎样，最终都只能得到惯性力的部分平衡，只是优化的效果不同而已。要想更好的平衡惯性力，采用平衡机构是一个不错的选择，也有很大的发展空间，可以设计出很多不同的平衡机构，例如柔性配重机构，虽然尚不能应用于实际，但其想法很新，如果多加研究，会有成果的。此外采用现代高度发达的软件技术，可以加快实验研究的进程，能处理很多复杂的计算，可以动态的反映机构的运动状态，是很好的辅助方法。 虽然国内外的研究成果很多，但是还有很多问 题没有解决，今后的研究会朝更多方面进行，诸如考虑运动副的摩擦和间隙，构件的弹性，构件质量的分布状况，平衡质量块的安装等因素对机构运动的影响，由于曲柄滑块机构在机构上的广泛应用，影响了目前很多机器的运动和动力性能，要解决这些问题，还需要我们去做很多研究。 窄行分插机构动力学分析 的 意义 通过 窄行分插机构动力学分析 ，我们对分插机构高速运转时产生的不平衡量进行了优化，最大化的减少了运动不平衡量，有助于增加机构的整体使用寿命；通过 定机构的应力分布，对应力大的地方进行结构优化设计，使局部结构强度达到使用要求，提高机构使用寿命。 2 研究的基本内容 与 拟解决的主要问题 本内容 本课题主要内容有： 5 解决的主要问题 (1)利用 行宽 窄行分插机构的动平衡分析，优化配重； (2)利用 联合仿真技术，建立机构的刚柔耦合模型，进行分插机构栽植臂的强度设计。 3 研究思路方案、可行性分析及预期成果 究思路方案 平衡研究思路 将已经建好的虚拟样机模型导入到 各个零件的质量设置好，建立功能函数测出对于 X、 Y、 后通过配重以达到减小或消除不平衡量的目的 14 力分析思路 首先将取苗臂的三维模型导入 其进行前处理后计算 扩展取苗臂的 13阶模态(还有 6阶模态为刚性模态 )，再通过 一种 ，将此柔性件替换掉以前的刚性件，形成刚柔耦合结构，对此刚柔耦合结构进行仿真分析生成载荷文件，再将载荷文件导入 出最大应力的值和位置，再对其进行优化设计，使强度达到许用值 17 行性分析 由于 并且已经有利用以在基本原理上是可行的。 本设计的工作主要涉及力学、 使用、机械原理和机械设计等方面的知识 ， 本人已学习了这些相关课程，并取得了较好的成绩，掌握了本设计所需的基本知识。 指导老师及其课题组在相关研究方面具有很多成功的经验，本设计的 研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业设计的顺利完成并取得预期的研究成果。 期研究成果 减小分插机构的不平衡量，使取苗臂的强度达到许用值，延长分插机构的使用寿命。 研究工作计划 起止时间 内容 6 研、信息汇总，文献查阅分析 文翻译、文献综述、开题报告，并熟悉理论力学、机械原理件使用等相关知识 交开题报告、文献综述及外文翻译 题答辩 成不同速度下的动平衡研究 化配重，减小机构不平衡量 成取苗臂模态分析 成刚柔耦合分析 载荷文件导入 成 应力分布 计算 理材料准备答辩 文答辩 参考文献 1 孙 良，赵 匀，俞高红，姚佳明 . 高速宽窄行插秧机椭圆锥齿轮行星系分插机构， (发明专利申请 号 ) 7 2 孙 良，赵 匀，俞高红，姚佳明 换矩阵的宽窄行分插机构运动特性分析与设计 J2012,28(5):1318. 3 孙 良，赵 匀，俞高红 . 高速插秧机圆柱齿轮 椭圆锥齿轮宽窄行分插机构， (发明专利申请号 ) 4 俞高红 ， 刘炳华 ， 赵 匀 ， 孙 良 ， 谢永良 J2011,42(4):5357. 5 孙 良，赵 匀，姚佳明，郑 建，俞高红，祝 宇 J 2012,43(10):4146,71. 6 俞高红，马成稳，孙 良，裘利钢，赵 匀 机后插旋转式宽窄行分插机构设计与优化 J2012,43(8):5055,65. 7 赵 匀，罗 华，蒋鹏鹏，李殿波，张允慧，张国凤，代 丽 变位齿轮行星轮系宽窄行分插机构运动分析 J2012,28(9):1015 8 俞高红，钱孟波，赵 匀，武传宇 非圆齿轮行星系分插机构运动机理分析 J2009,40（ 3） :819 赵 匀，蒋焕煜，武传宇，尹建军 J2002,36（ 3） :3710俞高红，陈建能，赵凤芹，赵 匀 J2005,36（ 4） :5111张 敏，周长省，吴崇
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