无函数表达式节曲线的非圆齿轮系分插机构的研究

摘要

旋转式行星轮系分插机构是高速插秧机的核心部件，设计时需要根据秧针的运动轨迹姿态等要求确定行星齿轮系中非圆齿轮的节曲线形状。针对目前旋转式行星轮系分插机构的非圆齿轮节曲线均采用函数表达式，存在设计灵活性较差，调整局部节曲线适应秧针局部运动轨迹的难度大，在利用反求工程原理求解非圆齿轮节曲线时难以选择合适的函数表达式的情况，本文在总结前人对旋转式行星轮系分插机构研究的基础上，根据非圆齿轮啮合的工作原理，借助数值计算的方法，研究出无函数表达式节曲线的非圆齿轮系分插机构的设计方法，并编写相关的优化设计软件，研发了与之配套的高速水稻插秧机插植系统。主要的研究工作和结论如下:
　　 1)综述了国内外高速水稻插秧机的研究现状，分析了目前国内高速插秧机发展中存在的主要问题;研究了各种旋转式分插机构的工作原理和工作特点，建立了旋转式分插机构的运动学模型;
　　 2)提出了无函数表达式节曲线非圆齿轮系分插机构的设计思想。在利用逆向工程原理求解非圆齿轮时，根据法向等距线原理，建立齿顶曲线与节曲线的函数关系，采用节曲线数值点集表达非圆齿轮节曲线的形状，提高了反求非圆齿轮的精度，并结合旋转式分插机构的运动学模型和所需的秧针运动轨迹确定所研究的非圆齿轮节曲线的形状，解决了非圆齿轮设计中对复杂节曲线难以用函数表达的问题。
　　 3)针对无函数表达式节曲线的非圆齿轮系分插机构的运动要求和多目标优化问题，开发了该机构的人机交互辅助分析优化软件，对设计出的非圆齿轮系分插机构做二维动态仿真分析，并进行结构参数的优化。同时，借助该软件中的非圆齿轮的齿廓生成功能，解决了非圆齿轮齿廓的设计问题。
　　 4)研制出了无函数表达式节曲线的非圆齿轮系分插机构，对该机构的零部件进行了结构设计、建模，并进行了虚拟样机的仿真试验，实验结果验证了该分插机构设计的合理性。