基于秧针静轨迹的非圆齿轮行星系分插机构设计及性能分析

摘要

分插机构是水稻插秧机的核心工作部件,其性能的优劣直接决定了水稻插秧机的整体水平。目前市场上高速插秧机旋转式分插机构普遍采用偏心圆齿轮或椭圆齿轮作为传动机构,由于偏心圆、椭圆的节曲线方程表达式已知,节曲线比较规则,可选择参数少,调整范围小,设计不灵活。因此,针对目前高速插秧机分插机构设计和制造过程中存在的问题,通过对插秧工艺的技术要求和插秧机秧针轨迹的分析,研究了基于秧针静轨迹反求旋转式分插机构中非圆齿轮节曲线的方法,并设计出适合高速插秧机的非圆齿轮行星系分插机构。
　　 本论文的研究得到了国家自然科学基金科研课题“高速插秧机新型执行机构的弹性动力学建模与动态仿真研究(50605057)”的项目资助,以高速插秧机旋转式分插机构为研究对象,依据机械设计原理,对分插机构的计算、设计、模拟仿真的全过程进行了研究和探索。本文主要的研究内容和结论如下:
　　 分析了我国水稻种植机械化现状,高速水稻插秧机的发展趋势和旋转式分插机构的特点,提出了由插秧静轨迹反求旋转式分插机构中非圆齿轮节曲线的设计方法,并编写了相应的分析计算程序。对设计出的非圆齿轮行星系分插机构进行了运动学和动力学分析,同时对设计方法进行验证。
　　 旋转式分插机构采用非圆齿轮系作为传动机构,但非圆齿轮的设计比较复杂,很难利用数学表达式计算出齿轮齿廓的精确解。为此,利用MATLAB动态直观的显示计算结果功能,开发了非圆齿轮齿廓的设计软件。该软件可利用非圆齿轮的节曲线分析模块检查非圆齿轮是否根切,分析非圆齿轮节曲线的曲率变化,计算齿廓。其中非圆齿轮齿廓设计计算软件已获得计算机软件著作登记权(登记号:2009SR027139)。
　　 建立了非圆齿轮行星系分插机构的三维模型,进行了虚拟装配和虚拟动态仿真。利用机械动力学分析软件ADAMS对虚拟样机进行运动学和动力学仿真,对分插机构中秧针尖点的位移、速度、加速度、非圆齿轮轴心受力以及支座反力仿真结果比较,验证了设计模型的正确性。