【毕业学位论文】（Word原稿）基于机械系统动力学软件ADAMS椭圆齿轮分插机构运动学辅助分析软件的开发-软件工程

1 项目名称： *研制 学 院： *学院 课题成员： * * * * 完成时间： 2007 年 5 月 25 日 1 第一章 绪论 . 1 1 研究的目的和意义 . 1 2 目前国内外研究的现状 . 2 柄摇杆分插机构 . 2 心齿轮行星式分插机构 . 3 圆齿轮行星系分插机构 . 3 速式分插机构 . 3 心链轮式分插机构 . 4 . 4 . 5 3本项目的技术难点 . 5 明一种新的旋转式分插机构 . 5 线性、交互性、模糊性 . 6 4 研究的技术路线 . 7 5创新点 . 7 6本章小结 . 9 第二章 椭圆齿传动旋转后插式分插机构运动学建模和 动力学分析 . 10 1 椭圆齿传动旋转后 插式分插机构的组成、工作原理和特点 . 10 圆齿传动旋转后插式分插机构的组成、工作原理 . 10 圆齿传动旋转后插式分插机构的特点 . 10 2运动学数值分析的基础理论 . 11 . 11 程中角位移的设定 . 11 构示意图和坐标原点的设置 . 11 三角函数唯一值求解方法 . 12 3椭圆齿轮啮合传动的运动分析 . 13 啮合特性和优点 . 13 速度和传动比分析 . 14 4椭圆齿传动旋转后插式分插机构运动学模型的建立 . 16 插机构的角位移分析 . 16 动学分析符号的说明 . 17 . 18 . 19 插机构上各点加速度方程和各构件角加速度方程 . 21 5 本章小结 . 22 第三章 椭圆齿轮分插机构运动学辅助分析软件的 开发及参数的优选 . 23 1 优化软件概述 . 23 件开发应用背景 . 23 件开发与应用环境 . 23 件系统总体结构 . 23 化软件特点 . 23 2软件主要功能介绍 . 25 . 25 2 圆齿轮齿廓曲线生成模块 . 26 . 27 . 27 . 29 圆齿轮 角位移分析模块 . 29 助功能模块 . 30 3 参数变化对分插机构运动特性的影响 . 31 4 分插机构参数优化 . 36 插机构参数优化的目标要求 . 36 于可视化的人机交互优化方法 . 37 5 本章小结 . 39 第四章 基于 . 40 1 虚拟样机技术介绍 . 40 2 多体系统动力学及 . 43 . 43 3 . 47 . 48 义约束和运动 . 48 施加作用力 . 49 仿真分析与仿真结果后处理 . 49 4 分插机构虚拟样机的实现 . 50 文件导入 . 50 体定义（ . 50 型转换 . 51 加约束及验证自由度 . 51 . 52 . 53 5系统的仿真与分析 . 53 针速度分析 . 55 针加速度分析 . 55 6 本章结论 . 56 第五章 椭圆齿轮分插机构实验验证 . 57 1 运动学参数的高速摄像验证 . 57 . 57 . 57 . 57 定参数的确定 . 57 圆齿轮旋转后插式分插机构运动学参数测定与结果分析 . 58 柄摇杆式分插机构运动学参数测定与结果分析 . 60 2本章小结 . 61 第六章 结论与进一步研究的设想 . 62 1 结论 . 62 2 进一步研究展望 . 62 3 参考文献 . 63 1 摘 要 水稻插秧机机械化是提高插秧效率、减轻农民劳动强度的主要措施之一。如果我国插秧机械化水平提高 1，每年就能增产粮食 前我国的机插率是 而浙江省水稻机械插秧面积占整个插秧面积的 远落后于全国的机 械化水稻种植水平。并且在已有的插秧机中，绝大多数是高速水稻插秧机，虽然其工作效率高，劳动生产强度低，但是机器的价格高，广大农民难以接受，该机器还不适应山区和小田块地的作业。步行式插秧机，虽然价格低廉，但其核心部件 曲柄摇杆式分插机构在国内没有自主知识产权，使得该机种的大面积推广受到限制，另外曲柄摇杆式分插机构在工作时振动较大，这将影响插秧的质量和效率，因此研究一种适合于步行式插秧机的新型分插机构对我国、我省的农业机械化制造业和水稻种植机械化的发展具有重大意义。 本课题组研究了一种椭圆齿轮旋转后插式分插机 构，分析了其运动学特性，建立了运动学模型，并对机构进行运动参数优化和试验验证。主要的研究内容如下： 1） 研究国内外各种分插机构的结构及插秧轨迹形成原理，发明一种分插机构 椭圆齿轮旋转后插式分插机构。 2） 对分插机构进行理论分析，并为机构建立运动学数学模型。 3） 基于 对机构进行参数优化。 4） 对机构进行实体建模和虚拟装配，并基于机械系统动力学软件 4） 研制出椭圆齿轮旋转后插式分插机构，基于实验台和高速摄像对其运动特性进行试验 验证 ，来验证所建数学模型的正确性，为下一步的动力学优化分析提供依据。 关键词 ： 步行式插秧机 、 分插机构、 运动学分析 、 机构发明 、试验 验证 1 第一章 绪论 1 研究的目的和意义 水稻是我国单产最高、种植面积最大、总产量最多的粮食作物 , 在我国粮食生产中占有非常重要的地位 。常年种植面积和产量分别占全国粮食作物的 30% 和 40%， 全国 60%以上的人口以大米为食。近几年，我国平均每年人口增长 1600万，耕地面积却减少 600万亩，对全国粮食的有效供给带来了严峻的挑战。 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 , 用工比较多 , 季节性强 。 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，到 2005年 机械化插秧只有 水稻插秧机械化对于扩大水稻种植面积、提高水稻产量、减轻水稻种植强度、降低生产成本、增加农业效益起着非常重要的作用。因此，提高水稻插秧机械化水平对我们只拥有 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。 日本是世界上插秧机械化研究起步早、发展快、水平高的国家，在 1970年就实现了水稻插秧机械化，到目前为止， 99%以上的水稻都是机械插秧 。韩国虽然开始使用和生产水稻插秧机的时间较晚，但发展速度较快且水平也较高，令人瞩目，在 1996年达到了 98%以上。 与日本、韩国相比，我国的机械化水平非常低，主要原因有： 1） 国产插秧机都是曲柄摇杆式的传统插秧机，其可靠性低；但进口插秧机价格太高，作业成本大大高于人工插秧，从而限了推广使用。 2） 进口插秧机对中国北方的单季稻小苗适应强，而对南方双季稻的晚季大苗栽插适应差（因为这些插秧机秧针的运动轨迹高度相对大苗来说太小，同时还前倾），而我国水稻种植前五名均为双季稻。 因此，为了保证全国粮食的有效供给，无 论从经济上还是性能上都急需研究适合我国国情的水稻插秧机。 水稻插秧机是一个复杂的机械系统，其核心部件是分插机构，它是水稻插秧机从秧群中分取一定数量的秧苗插入土中的机构，其性能决定插秧质量、工作可靠性和插秧的效率，从而决定插秧机的整体水平和竞争力。因此，分插机构一直以来都是插秧机研究的重点内容之一。研究分插机构的目的主要有：如何保证插秧质量，即如何实现插秧时的秧爪轨迹和姿态（取秧角和插秧角），达到不伤秧、不钩秧、不漂秧，立苗好和近青快；如何提高单位时间的插次。 2 图 柄摇杆分插机构 2 目前国内外研究的现状 目前，水稻插秧机分 为 3 分种类型，完全靠人工的手动插秧机、带有机械动力的步行式插秧机和乘坐式高速水稻插秧机。手动插秧机没有动力，操作人员的劳动强度大，工作效率最低；乘坐式是目前最先进的插秧机械，工作效率高，适合于大田作业；步行式插秧机性能介于两者之间，特别是针对目前中国方块田化程度较低的现状，步行式插秧机具有广阔的市场。 高速插秧机旋转式分插机构的研制始于中国，是由曲柄摇杆机构与五个圆齿轮组成的行星轮系机构组合而成的一种组合机构，由曲柄摇杆机构中的摇杆驱动太阳轮摆动，只研制了样机，未形成产品。日本在 80 年代开始进行插秧核心部件 分插机构的创新性研究，提出了应用在高速插秧机上的旋转式分插机构，并在 80 年代末将其投入市场。日本的旋转式分插机构有两种类型，一种是偏心齿轮行星轮系，另一种是椭圆齿轮行星轮系，都在中国申报了专利。但日产水稻高速插秧机由于是分体船板（克服壅泥壅土）对南方地区早稻或单季稻有较好的适应能力，但对大苗插秧适应性不好；由于日本是单季稻生产，其旋转式分插机构只适应于小苗插秧，秧针尖轨迹前倾，轨迹高度不够，对于中苗，特别是大苗容易推倒和伤苗。 步行式插秧机是一种适合我省和我国目前农村自然经济条件、价格较为低廉的插秧机 ，一般价格在 元左右，在政府补贴 40 50后，农民只要花上不足万元就能买到一台插秧机，结束“弯腰种稻”历史。所谓步行就是手握机器手柄，步行前进操纵机器的描述。这种机器结构简单、轻巧、操作灵便，使用安全，容易控制机插质量。目前我国步行式插秧机市场上主要以日本韩国的机型为主。如：洋马、东洋、井关、久保田，其次是极少量的国内仿造国外的机器，如南通柴油机股份有限公司生产的“富来威”步行式插秧机。由于国内对这种步行式插秧机的工作机理和性能要求缺乏足够的了解，机器在制作过程中出现的问题较多，如关键部位 分插机 构的插秧一致性较差。且目前国内外步行式插秧机上的分插机构都是采用曲柄摇杆式分插机构，在国内没有自主知识产权，也使得该种机器的大面积推广受到限制。 柄摇杆分插机构 曲柄摇杆分插机构结构简图如图 示。此机构是我国使用最广泛的水稻插秧机分插机构。代表的机型是235，是我国唯一大批量生产的定型水稻插秧机，插秧质量好，得到大面积推广并取得了良好的效果。为适应于种 3 图 心齿轮行星式分插机构 植双季稻和三季稻的多熟制地区，浙江金华农机化所研制出了多熟制水稻插秧机，机器型号 2428。 图 示的是 乘坐式水稻插秧机上使用的分插机构，其形成的静轨迹为“腰子形”，而只要改变曲柄摇杆式分插机构摇杆的铰链点位置就可以实现步行式插秧机所需的“海豚形”轨迹。 这也是曲柄摇杆式分插机构自从 60 年代取代曲柄滑道式以来被广泛的应用的原因。但该分插机构的惯性比较大，尤其是在 高插次时产生的机架振动加剧，从而限制了插秧工作效率的提高。有时产生分秧不均、伤秧及栽插不稳等缺陷。当插秧机前进速度过高时，壅泥壅水的问题不易解决。 所以日本从 80 年代起就开始研究一种旋转式的分插机构来取代曲柄摇杆式，并在 80 年代末在乘坐式插秧机上取得了成功 ，左为高速插秧机进入市场，并很快取代了原先的曲柄摇杆式分插机构。 而步行式水稻插秧机由于其插秧轨迹的特殊性，再加上旋转式分插机构结构的限制，近 30 年，国际上一直未能突破在步行式插秧机上用旋转式分插机构来取代曲柄 摇杆式分插机构。 因此步行式插秧机使用的分插机构一直都是曲柄摇杆式分插机构。 心齿轮行星式分插机构 偏心齿轮行星式分插机构如图 示。共 5 个偏心齿轮，半径相同，其工作原理是太阳轮 (齿轮 I)固定不动，对称两边分置两对齿轮，靠近太阳轮的为中间轮 (齿轮 两端齿轮为行星轮 (齿轮 其栽 植臂结构形式与曲柄摇杆式分插机构相近。由于栽植臂的两端分别配置秧爪，驱动轴旋转一周，插秧两次。与曲柄摇杆式分插机构比较，振动小，在提高插机构单位时间插次方面，具有较大潜力。实测这种插秧机插秧速度比连杆式提高了 50% ,作业效率也提高了 32%。 圆齿轮行星系分插机构 与偏心齿轮行星系分插机构的原理基本相似。由于偏心齿轮行星式分插机构在运动周期内，互相啮合的齿轮之间的间隙发生变化，在高速旋转的条件下，也会引起较大的振动，影响插秧质量。于是日本洋马公司又推出的 高速插秧机的分插机构，在原来 5 个偏 心齿轮的基础上，又增加了 4 个锁紧偏心齿轮，用于消除在偏心齿轮传动过程中齿侧间隙的变化，从而达到消除振动的目的 ,使用效果很好。 速式分插机构 差速式分插机构是一种高速插秧机分插机构是由浙江理工大学赵匀教授领导的课题组发明，其分插机构简图如图 示。差速分插机构的轮系是自由度为 2 的差动轮系， 4 图 心链轮式分插机构 图 速式分插机构 图 齿行星系分插机构 在此轮系中以椭圆齿轮啮合形成所要求的非匀速传动比及转角关系。差速分插机构由 3 个全等的椭圆齿轮和2 个栽植臂总成组成， 3 个椭圆齿轮的回转中心均在椭 圆 齿轮的焦点上，且初始相位相同，并支撑在齿轮箱上。工作时齿轮箱 (相当于行星架 )作为一个原动件绕中心轴的回转中心 0 转动，而中心轮作为另一个原动件以齿轮箱 2 倍的转速同向转动，与行星轮固结的一对栽植臂在齿轮箱的圆周运动和行星轮的往复转动的复合运动下，秧爪按要求的姿态 (角位移和轨迹 )运动，满足插秧的工作轨迹、取秧角和插秧角。 心链轮式分插机构 分插机构示意图如图 示是由浙江理工大学赵匀教授领导的课题组发明。其突出的特点是采用刚性轮张紧的原理。该分插机构分别由链轮 1,2,3和链轮 1,4,5 组成两组偏心链轮传动机构，其中轮1 有两组链轮齿。链轮组 1,4,5 相当于链轮 组 1,2,3绕 A 点转过 180 所形成的。 由于链轮为偏心链轮，所以轮 2,3,4,5 的运动相当于是平动和摆动的合成。秧爪分别固定于轮2,4 上，随轮 2,4 平动同时，时而顺时针、时而逆时针摆动，选取合适的结构参数，能够满足取秧、插秧和行星架转一周插两次的要求。 齿行星系分插机构 其机构示意图如图 是由浙江理工大学赵匀教授领导的课题组发明 。它是由 4个全等正圆齿轮和 3个全等椭圆齿轮组成， 3个椭圆齿轮的回转中心均在椭圆齿轮的焦点上，且初始相位相同。中心椭圆齿轮 3(也叫太阳轮 )固定不动，工作时行星架在中 心轴的带动下，相当于一个原动件绕太阳轮的回转中心 于是两个椭圆齿轮 3和 4、 3和 2啮合，引起传动比的变化，因此对称布置的 2个行星圆齿轮作往复摆动。通过键和行星轮轴与行星圆齿轮固结的一对栽植臂，一方面随着齿轮盒作圆周运动，另一方面随着行星圆齿轮作往复摆动，在这两种运动的复合下，秧 5 图 星轮曲柄摇杆分插机构 a 改变连杆位置角轨迹变化图 b 前插作业到后插作业轨迹的变化 图 柄摇杆式分插机构轨迹变化 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，就可找到满足插秧要求的工作轨迹、取秧角和插秧角。 星轮曲柄摇杆分插机构 行星轮系曲柄摇杆分插机构的传动图和结构示意图如图 是由浙江理工大学赵匀教授 领导的课题组发明 它由行星齿轮系和曲柄摇杆机构 (摇杆转动轴定位在行星轮上 )组成，栽植臂轴相对行星轮轴的绝对转动 (相对机架 )作为曲柄传动 ,连杆与栽植臂通过栽植臂轴固结 ,行星轮在行星齿轮系转动时 ,相对机架无角位移。行星架上栽植臂轴心相对行星轮轴心转动，形成了曲柄的转动，栽植臂轴可看作曲柄和连杆的铰链点，连杆的转动和平动看作栽植臂上秧针的相对运动，行星架上行星轮轴的圆周运动是秧针的牵连运动。通过选取合适的参数，其合成运动能够满足秧爪工作轨迹和姿态的要求。 3、本项目的技术难点 明一种新的旋转式分插机构 曲柄摇杆式分插机构自上世纪 60年代取代曲柄滑道式分插机构一直沿用至今，即适用于乘坐式，又适合于步行式插秧机。因为只要改变曲柄摇杆式分插机构的摇杆铰链点位置，就可以形成“腰子形”或“海豚形”轨迹。 图 效果等效于改变摇杆铰链点 图 示，当摇杆铰链点 插机构秧针尖点的轨迹也从“腰子形”变化到“海豚形”。 但该分插机构存在惯性大的问题，所以日本从 80年代开始考虑使用转动惯量小的旋转式分插代替曲柄摇杆式分插机构， 80 年代末在乘坐式插秧机上取得了成功，作为 6 图 子形后插式轨迹 高速插秧机进入市场，并很快取代了曲柄摇杆式分插机构。而步行式插秧机由于其轨迹的特殊性，以及旋转式分插机构结构的限制，近 30年，国际上一直没能突破用旋转式分插机构来取代曲柄摇杆式分插机构，因此步行式插秧机上一直采用曲柄摇杆式分插机构。 就是因为 曲柄摇杆式 分插机构 惯性大， 随着速度增大时，振动加剧，造成取秧时，秧针跳动大，致使取秧量不均。但直接对步行式插秧机采用旋转式分插机构又存在问题：旋转式分插机构， 80年代末用于乘坐式插秧机上，由于其运转平稳，惯性力小，单位插次提高到 400次 /分，很快取代了曲柄摇杆式分插机构，但是步行式插秧机仍然袭用曲柄摇杆式分插机构。乘坐式插秧机为了方便，人、秧箱、分插机构由前到后排序。插秧模式称为“前插式”，其静轨迹为“腰子形”（如图 1所示）， 动轨迹插秧位置形成环扣，插 秧 穴口小，不易倒秧和漂秧。步行式插秧机人、秧箱和分插机构从后到前排序，称为“后插式”，静轨迹上圆下尖，类似 海豚 ，我们称为“海豚形”轨迹（如图 所示），这样，其动轨迹形成的穴口才不至于过大。如果在步行机上插秧机分插机构定轨迹为“腰子形”，其动轨迹插秧穴口 将大大超过要求的 25到 80右（如图 所示）会引起严重的漂秧和倒秧。目前市场上的各种旋转式分插机构，由于其结构限制只能形成“腰子形”静轨迹，不能形成“海豚形”静轨迹。曲柄摇杆式分插机构可以改变曲柄转动中心和插杆轴心相对位置而形成“腰子形”或“海豚形”静轨迹。尽管旋转式分插机构运转平稳、结构简单、造价低（参考国内外同类技术和产品的生产分析），由于没有克服这个难点，国际上直到现在依然没有在步行式插秧机上应用旋转式分插机构。 插机构参数优化的多目标、非线性、交互性、模糊性 图 腰子形”轨迹 图 豚形”轨迹 7 本 次分插机构优化参数的多目标、非线性、交互性、模糊性，现有的优化方法难以实现参数的优化，具体的优化目标如下。 1)为保证插后秧苗的直立，秧针取秧时与水平线的夹角（取秧角） 0应在 5 20之间，而在推秧时与水平线的夹角（推秧角） 1应在 60 75之间； 2)轨迹的穴口长度要小于 2030大会导致所插秧苗倒伏或漂秧； 3)栽植臂的轴心（即行星轮轴心）轨迹不能与已插秧苗的中底部接触，以免碰伤已插的秧苗； 4)在回程之前完成推秧动作； 5)栽植臂在取秧时秧针的支撑部位不能碰撞秧门； 6)推秧角与取秧 角的角度差为秧箱的倾斜角； 7)要求取秧量为 要求取秧轨迹几乎与秧箱垂直。 4 研究的技术路线 对现有插秧机 分插机构 的结构和工作原理进行分析，将农机与农艺相结合，对分插机构进行机构创新，通过理论分析和试验研究，设计新的分插机构，建立运动学和动力学模型，进行机构参数优化。其研究技术路线如下图所示： 5、创新点 一种新的旋转后插式分插机构的实现 目前乘坐式高速水稻插秧机使用的分插机构都为曲柄摇杆式， 图 旋转式分插机构， 该分插机构由 9个偏心齿轮 （ 19） 和 2个窝卷弹簧 （ 10、 8 11） 组成，其中窝卷弹簧是起到消除齿侧间隙的作用，结构比较复杂。图为分插机构的初始安装位置，并且轴心距 形成的插秧静轨迹为“腰子形”，而要实现步行式插秧时所需的“海豚形”轨迹， 我们研究发现必须 改变 轴心距 起初我们考虑直接将该分插机构行星齿轮进行偏置处理来改变轴心距离 L，但是发现分插机构的结构还是比较复杂，最后我们考虑到椭圆齿轮的传动性质与偏心齿轮相似，且是一种无齿侧间隙变化的传动，再加上目前椭 圆齿轮的加工技术越来越成熟，所以我们决定用椭圆齿轮来代替偏心齿轮，这样使得分插机构的齿轮数目由原先的 5个减少到 3个，不但可以简化结构，还可以降低成本。另外我们研究小组再通过优化三个椭圆齿轮初始相位角，椭圆齿轮的长短轴之比等参数，发明出了一种新的椭圆齿轮旋转后插式分插机构 ，（已经获得发明专利申请号： 及实用新型专利号： 如图 实现 “海豚形”轨迹。 分插机构参数优化，一种新的优化 在建立分插机构“非劣解”群求解模型 时，有 多 个运动学目标，最大的难点 在于 分插机构 参数 优化 的 多目标、模糊性、交互性、非线性 ， 用现有的优化方法难以实现优化， 本图 圆齿轮旋转后插式分插机构及静轨迹 图 速插秧机偏心齿轮旋转式分插机构及静轨迹 9 课题组 基于 已经 获得 软件登记 号： 200717169)，通过人机交互的方式得出满足工作要求的机构参数， 满足步行式插秧机的插秧要求 。 6 本章小结 1）阐述了本项目研究的目的和意义。 2）综述了分插机构的研究背景。 3）介绍了本项目的技术难点和创新点及采用的技术路线。 10 第二章 椭圆齿传动旋转后插式分插机构运动学建模和动力学分析 1 椭圆齿传动旋转后插式分插机构 的组成、工作原理和特点 圆齿传动旋转后插式分插机构的组成、工作原理 椭圆齿传动旋转后插式分插机构简 图如图 由三个全等的椭圆齿轮组成，三个椭圆齿轮的回转中心均在椭圆齿轮的焦点上 ,1和 2初始相位相同，中心椭圆齿轮 1固定不动，工作时行星架在中心轴的带动下，相动于一个原动件在绕中心轮的回转中心转动，由于是三个椭圆齿轮的啮合，引起传动比的变化，因此行星椭圆齿作往复摆动。通过键和行星轮轴与行星轮固结的栽植臂，一方面随行星架（即齿轮盒）作圆周运动，另一方面随着行星轮作往复摆动，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。 圆齿传动旋转后插式分插机构的特点 椭圆齿传动旋转后插式分插机构是一种旋转式分插机构，机构主轴旋转一周插秧 1 次，适用于步行式插秧机，与一些已发明的分插机构相比，具有以下一些特点： a、 由于步行式插秧机插秧速率低，单位时间插次约 180 次 /分，因此在分插机构传动箱一侧只要安装一个栽植臂，分插机构主轴旋转一周插秧一次，这就避免了高速插秧机上两个栽植臂在传动箱同一侧需要考虑的互相干涉问题； b、 传动箱内 的传动系统简单，由三个椭圆齿轮组成，由于没有栽植臂之间的干涉问题，同时为了满足后插式的插秧要求，要求角度 0 (见图 大，使得行星轮中心 1B 点更靠近中心椭圆齿轮的焦点 1O ，结构就更加小巧、紧凑； c、 与偏心齿轮行星系分插机构相比较。由于偏心齿轮要实现插秧的轨迹和姿态必须要有较大的偏心量，这样在传动中齿隙变化幅度较大，引起传动不平稳，需加防振装置，从而导致结构复杂。而椭圆齿轮传动则不存在上述问题，因此 它传动平稳，结构简单，可靠性好。 图 圆齿传动旋转后插式分插机构简图 11 d、 与椭圆齿轮传动的差速分插机构相比较。由于差速机构有两个自由度，须要两个输入动力，这样动力传动系统就变得复杂，而椭圆齿传动旋转后插式分插机构只有一个自由度，传动系统简单。 e、 与偏心链轮分插机构相比较。偏心链轮在一个传动周期内实际需要的链条长度是变化的，而且链传动存在运动不均匀性和动载荷，这样在插秧过程中就带来不可避免的冲击和振动。 f、 目前在国内外步行式插秧机上采用的分插机构上都是曲柄摇杆式分插机构，而发明这种旋转式步行插秧机分插机构在结构上是一种原始创新，与曲柄摇杆式分插机构相比 ，能有效避免分秧不均、伤秧及栽插不稳等缺陷和提高工作效率，且结构小巧、紧凑，具有自主知识产权。 g、 椭圆齿轮的一个特殊要求是要求加工精度高，导致加工复杂，但随着数控加工技术的发展，这已经不会成为限制椭圆齿轮应用的因素。如果用粉末冶金可大大提高加工质量和简化加工工艺，但一次性的投入大。 2 运动学数值分析的基础理论 标方向的设定 用解析方法建立运动学方程，首先要建立坐标系，确定坐标方向。其方法有两种：右手坐标系和左手坐标系。目前广泛使用右手坐标系，在三角函数中，角度和各三角函数之间的关系都是以右手 坐标系建立的，运动学各向量的解析形式，也是根据右手坐标系判定其正负方向。如果建立左手坐标系就会与三角函数、运动学的传统规定相悖，也和下面所建立的规定相矛盾，给建立机构运动学方程带来困难，特别是较为复杂机构的分析，往往容易出现正负号的错误。对于平面问题，右手坐标系是 x 轴逆时针转动 90为 y 轴方向，角位移、角速度、角加速度以及力偶矩以逆时针转动方向为正向。 程中角位移的设定 在列运动学和动力学方程时，角位移的设置一定以 x 轴为始边，逆时针方向角度为正，反之为负。通常以两铰链点连线作为基本角位移，一般不采 用负角，这是因为：虽然每个角位移可以有正负两种表示，在三角函数计算时会得到相同的结果，但是在以角度作为判断条件语句时，容易发生混乱，使问题复杂化。杆件上其它点角位移可在铰链点连线角位移基础上加（逆时针）减（顺时针）该点相对铰链点连线的夹角。 构示意图和坐标原点的设置 一般来说，坐标原点应该设在曲柄转动中心，如果重力不可忽略，则 y 轴与机构铅垂 12 0s N Y s 0 N Y 2)1( 21 s )1( 21 s 图 已知 s 00 Y 232 0 BA N Y 2 图 反正切求解框图 在解位移方程时，常常通过反正弦或反余弦函数求角度，一般通过题意或机构形式可以确定角度在半周范围内。反正弦和反余弦函数获得唯一解的半周范围不同，反余弦是在 上半周或下半周。因此，当不能直接求得正切函数值时，要根据题意或机构位置确定角度所在半周范围，由其正弦值或余弦值求得其正切值，并根据正弦或余弦的正负，求得其反正切的唯一值，具体计算方法见图 角度在 2、 3 象限（左半周），由正弦值 S 求角度 时，可以不借助条件语句，有唯一等式： tg s 1 13 图 圆齿轮啮合初始位置 3 椭圆齿轮啮合传动的运动分析 圆椭圆齿轮的 啮合特性和优点 要对椭圆齿传动旋转后插式分插机构进行运动学分析，首先要分析椭圆齿轮的啮合特性。 椭圆齿轮转动中心为椭圆的焦点，如图 的 别为椭圆齿轮 和 的焦点，均为椭圆齿轮轴心，两齿轮初始相位相同（如图 轮 和轮 长轴共线）。 设01离， C 为椭圆齿轮 上的另一焦点， 起始位置的啮合点，则有：02010 ，020 ，所以 0010 。由椭圆的性质可知， 0L 也为椭圆两焦点到圆周上任意一点的距离之和。在任意位置，设啮合点为21 。 从图 置转到图 置，两齿轮 啮合齿数相等，故 2， 所以0=0 Y s 0 N Y 23)1( 21 s )1(2 21 s 图 已知 s， 0 或 1 0 或 2 0 或 ) 已知常量 18 0行星架 (即齿轮盒 )的初始角位移 (00) 已知常量 2 B 点与 E 点连线对 的角位移 (0) 已知常量 21 行星架 11相对中间轮长轴的角位移 ( 21 0) 变量 22 行星架 11相对中间轮长轴 12 向 的 角 位 移( 22 0) 变量 31行星轮 长轴 21对行星架边11 向的角位移 ( 31 0) 变量 0 方向轴 21 11夹 角 已知常 量 1 中心轮轴心到啮合点 变量 2 中间轮轴心到啮合点 P 的距离 变量 3中间轮轴心到啮合点 Q 的距离 变量 4 行星轮轴心到啮合点 变量 b 椭圆的短半轴 已知常 量 32 行星椭圆齿 12绝对角位移 变量 H 秧苗的 株距 已知常 量 12中间轮质心到旋转中心的距离 已知常 量 13括与其固结的行星轮及行星轮轴）质心到 1B 点的距离 已知常量 0 行星架中心连线与行星轮轴心 1B 与秧针尖点 D 连线的初始夹角 (0) 变量 S 行星轮 中心到秧爪尖 已知常 量 2B 点与 E 点连线对 的角位移 (0) 已知常 量 行星轮旋转中心 1B 点到拨叉旋转中心 E 点的距离 已知常量 栽植臂上 D 点到 E 点的距离 变量 行星轮和栽植臂质心 已知常量 插机构上各点位移方程和各构件角位移方程 中心轮和中