组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学分析与试验

摘要

我国是世界上重要的油菜和蔬菜生产国。育苗移栽作为蔬菜等旱地经济作物的主要种植方式，有利于提高生产综合效益，但是与之适应的旱地钵苗移栽机发展缓慢。农业装备被列为《中国制造2025》十大重点突破领域之一。因此，大力推进旱地钵苗移栽机的研发工作已经越来越为迫切，而且对我国顺利实施制造强国建设战略也具有重要的意义。
　　本文以课题组已经发明的一种新型旋转式取苗机构——组合式不完全偏心圆-非圆齿轮行星轮系取苗机构为研究对象，完善机构运动学模型，建立机构动力学模型，开展机构的运动学和动力学分析、动力学仿真和性能优化以及相关试验研究，为今后研发具有自主知识产权、性能更为优越的旱地钵苗移栽机提供理论和试验基础。主要的研究内容和结果如下:
　　1)在前期研究基础上，对取苗机构的中心不完全非圆齿轮和中间不完全非圆齿轮啮合段的齿廓曲线进行曲线拟合，得到齿廓曲线方程，建立了取苗机构各关键点的位移、速度、加速度数学方程，完善了机构运动学模型，并通过编程求解得到了机构的运动学理论分析结果。
　　2)采用动态静力学分析法和动力学方程组序列求解法对机构进行了动力学建模和分析研究了机构的动力学特性。自主编制机构动力学辅助分析软件求出了各运动构件受力及运动副的受力，结合机构的运动情况就动力学理论分析结果进行了分析说明，并将机构的理论分析结果与课题组之前发明的另一种取苗机构进行比较和分析。
　　3)建立取苗机构虚拟样机，利用Adams软件开展机构动力学仿真，并将仿真结果与理论分析结果进行比较，验证了取苗机构的动力学建模和理论分析的正确性。
　　4)设计取苗机构动力学试验方案，搭建试验台，对机构进行动力学试验，研究了机构样机的动力学特性。测试得到了机构转速为60r/min时其支座在x、y方向的受力，将机构动力学试验结果与理论结果进行比较和分析。与课题组所设计另一种取苗机构动力学性能的比较和分析，表明了本文机构具有较好的动力学性能。
　　5)提出一种通过添加配重的方式改善取苗机构动力学性能的方案，计算确定了配重质量。开展机构Adams动力学仿真分析，加工出配重实物并装配后进行机构的动力学试验，将优化前后的试验结果进行比较，结果表明取苗机构的动力学性能得到了改善。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究工作的目的和意义

1．2 国内外蔬菜钵苗取苗机构的现状和发展趋势

1．2．1 国外研究现状及发展动态分析

1．2．2 国内研究现状及发展动态分析

1．3 论文的主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的运动学分析

2．1 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的工作原理

2．2 特殊齿廓齿轮副齿廓曲线拟合建模

2．3 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的运动学模型

2．3．1 运动学分析相关符号及说明

2．3．2 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构关键点的位移模型

2．3．3 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构关键点的速度模型

2．3．4 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构关键点的加速度模型

2．4 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构运动学分析结果

2．4．1 相关齿轮的角位移、角速度和角加速度

2．4．2 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构各关键点运动学分析结果

2．5 本章小结

第三章 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学特性分析

3．1 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学分析的基本思路

3．2 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学建模

3．2．1 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构全周期运动过程分析

3．2．2 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学分析过程中使用符号说明

3．2．3 取苗臂动力学模型的建立

3．2．4 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构行星轮系动力学建模

3．2．5 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学分析

3．3 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学分析结果

3．3．1 动力学分析主要已知参数

3．3．2 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学主要分析结果

3．4 本章小结

第四章 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学仿真

4．1 取苗机构的虚拟样机试验

4．1．1 模型在Adams之中的约束和材料属性设置

4．1．2 碰撞参数和弹簧参数的设定

4．1．3 Adams求解相关参数的设置

4．2 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构虚拟样机动力学结果分析

4．3 本章小结

第五章 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学试验

5．1 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学试验方案

5．1．1 取苗机构动力学试验参数测定

5．1．2 试验台参数以及参数测量方法

5．2．1 试验设备

5．2．2 试验步骤

5．3 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构的动力学试验及其结果分析

5．4 本章小结

第六章 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学性能改善

6．1 组合式非圆齿轮行星轮系取苗机构动力学性能改善

6．1．1 方案设计

6．1．2 配重块设计

6．2 添加配重块后的取苗机构动力学分析结果

6．2．1 动力学仿真分析结果

6．2．2 动力学试验测试结果

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间获得的科研成果