非圆—椭圆齿轮行星系取苗机构的参数优化与设计

摘要

蔬菜移栽种植具有促进蔬菜早熟丰产，提高复种指数，便于集中管理，有利于防御自然灾害，节约用种，降低成本等优势。采用蔬菜机械移栽技术，可以减少自然灾害的影响，减轻作业劳动强度，提高劳动生产率，保证作业质量，达到增产、增收的目标。而自动蔬菜移栽机具有工作强度低、效率高等优点，是未来蔬菜移栽机的发展方向。而作为自动蔬菜移栽机的关键部件，取苗机构性能的优劣将直接影响自动蔬菜移栽机的作业性能。因此，开展对取苗机构的研究具有重要的意义。
　　本文具体研究内容如下:
　　(1)基于取苗机构作业对象特点及取苗机构性能要求，提出了取苗机构各个重要部件及整体结构设计方案，论述了该取苗机构的工作原理，提出了一种构建新型非圆齿轮节曲线方程的方法，并且建立该取苗机构运动学理论模型;
　　(2)以建立的运动学理论模型为基础，利用可视化开发平台VisualBasic6.0，自主开发取苗机构优化分析软件。介绍了该软件人机交互界面及功能，基于该软件分析取苗机构各个主要结构参数对取苗轨迹的影响，完成取苗机构的参数优化并输出各个重要参数值;
　　(3)完成由优化分析软件所确定的非圆齿轮几何参数设计，并且提出一种新型非圆齿轮，能够实现输出变化范围较大的传动比;
　　(4)分析现有取苗机构的不足，完成取苗机构的驱动部件、取苗臂及整体结构设计，并且对取苗机构几个关键部分进行改进设计，主要包括添加消除齿侧间隙装置、取苗爪的改进设计;
　　(5)利用UG8.0完成取苗机构的三维实体模型及虚拟装配，并利用ADAMS完成取苗机构的虚拟样机试验。通过分析虚拟样机试验得到的取苗运动轨迹、取苗爪尖点速度曲线、太阳轮受力情况等重要参数值，验证了新型非圆齿轮应用于取苗机构的可行性及取苗机构的可靠性;
　　(6)完成取苗机构试验样机加工，在试验台上进行试验并测试取苗机构的运动学特性，进一步验证新型取苗机构应用的可实现性。
　　本文使用自主开发的优化分析软件，可以方便地获取一组满足设计要求的参数，完成对取苗机构的理论分析、结构设计、试验样机加工及试验。通过分析虚拟样机试验及试验得到的结果不仅可知本文设计的非圆-椭圆齿轮行星系取苗机构可以适应高速作业要求，而且验证了该取苗机构的可靠性及正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国外取苗机构的发展趋势

1．2．3 国内研究现状

1．2．4 国内取苗机构的发展方向

1．3 本文的研究目标

1．4 本文研究工作及内容安排

1．5 本章小结

第二章 非圆-椭圆齿轮行星系取苗机构的机理分析与运动学建模

2．1 取苗机构的设计要求

2．1．1 作业对象的特殊性

2．1．2 驱动部件性能要求

2．1．3 取苗机构的性能要求

2．2 设计方案的确定

2．2．1 取苗方式的选择

2．2．2 取苗臂方案

2．2．3 作业运动轨迹

2．2．4 设计约束条件

2．2．5 驱动部件设计方案

2．3 取苗机构的机理分析

2．4 取苗机构运动学模型建立

2．4．1 新型非圆齿轮节曲线方程

2．4．2 取苗机构位移模型

2．4．3 取苗机构速度模型

2．5 本章小结

第三章 非圆-椭圆齿轮行星系取苗机构的参数优化

3．1 优化分析软件

3．1．1 背景及意义

3．1．2 优化分析软件的整体结构

3．1．3 优化分析软件的主要功能

3．2 各参数对取苗轨迹的影响

3．2．1 新型非圆齿轮结构参数对取苗轨迹的影响

3．2．2 椭圆齿轮结构参数对取苗轨迹的影响

3．2．3 取苗机构安装位置对取苗轨迹的影响

3．2．4 取苗臂参数对取苗轨迹的影响

3．3 取苗机构参数优化的结果

3．4 本章小结

第四章 非圆齿轮设计

4．1 非圆齿轮简介

4．2 非圆齿轮节曲线构建方法

4．2．1 利用转角关系构建非圆齿轮节曲线

4．2．2 利用数学函数特点构建非圆齿轮节曲线

4．2．3 一种新型非圆齿轮节曲线构建方法

4．3 新型非圆齿轮的设计

4．3．1 新型非圆齿轮几何参数的确定

4．3．2 传动特性的分析

4．4 椭圆齿轮几何参数的确定

4．5 本章小结

第五章 非圆-椭圆齿轮行星系取苗机构的结构设计

5．1 现有取苗机构存在的问题

5．2 取苗机构的结构设计

5．2．1 整体结构特点

5．2．2 驱动部件的设计

5．2．3 取苗臂结构设计

5．2．4 取苗机构整体结构设计

5．3 本章小结

第六章 非圆-椭圆齿轮行星系取苗机构的虚拟样机试验

6．1 取苗机构三维模型造型及其装配

6．1．1 UG简介

6．1．2 取苗机构三维模型造型

6．1．3 取苗机构虚拟装配

6．2 取苗机构虚拟样机试验及分析

6．2．1 ADAMS简介

6．2．2 取苗机构虚拟样机试验

6．2．3 取苗机构虚拟样机分析

6．3 本章小结

第七章 非圆-椭圆齿轮行星系取苗机构的研制及试验

7．1 取苗机构加工

7．2 试验条件

7．2．1 取苗试验平台

7．2．2 取苗机构物理样机

7．2．3 高速摄像仪及其配套设备

7．3 试验方法及结果分析

7．3．1 试验方法

7．3．2 试验结果输出

7．3．3 运动轨迹分析

7．3．4 取苗爪尖点速度分析

7．4 本章小结

第八章 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果