高速宽窄行异形非圆锥齿轮分插机构机理分析与试验研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文高速宽窄行异形非圆锥齿轮分插机构机理分析与试验研究摘要宽窄行水稻插秧机相比等行距插秧机具有使水稻增产、防虫害等优势，其核心工作部件高速宽窄行分插机构是通过栽植臂机构与行星轮系的相对旋转，使栽植臂上秧针尖点形成合适的宽窄行轨迹以完成取秧和插秧工作。现有的宽窄行分插机构包括斜置式分插机构和垂直式空间齿轮系分插机构。斜置式分插机构是通过原有等行距分插机构的倾斜布置以达到斜取秧的要求，存在斜取秧动作，导致机构取秧时容易引起伤苗率高，取秧不均匀等问题。垂直式空间齿轮系分插机构的斜取秧动作

2、得到一定的改善，但其取秧直立度主要取决于空间齿轮系的传动比，传动比越大，直取秧效果越佳。为进一步增加空间齿轮行星系的传动比，本文在非圆锥齿轮的基础上，提出一种基于球面节曲线的异形非圆锥齿轮。通过打破传统齿轮（平面齿轮和空间齿轮）节曲线的封闭特性，运用自由样条拟合的方法获得角度连续，向径不连续的球面曲线，并根据非连续节曲线计算异形非圆锥齿轮齿廓，以获取高传动比值的空间齿轮副，并应用于高速宽窄行分插机构当中。本论文主要研究的内容如下：1）研究国内外各类宽窄行分插机构工作原理，分析宽窄行机械插秧所需的理想插

3、秧轨迹与姿态要求，提出一种基于球面节曲线的异形非圆锥齿轮，并应用于空间行星轮系宽窄行分插机构中，以进一步提升栽植臂的直取秧姿态。2）分析异形非圆锥齿轮齿轮副的传动特性和影响因子，并将异形非圆锥齿轮与斜齿交错齿轮组合成为一个空间不等速传动行星轮系，应用于高速插秧机宽窄行分插机构当中，利用Denavit-Hartenberg矩阵变换法建立该分插机构运动学模型。3）分析异形非圆锥齿轮齿廓形成的特点。建立了异形非圆锥齿轮齿形和齿根过渡曲线的数学计算模型，根据齿轮传动过程中重合度的关系，合理计算节曲线突变段齿形

4、和齿根的形状。利用Matlab编写了相应的计算程序，利用该程序可以实现异形非圆锥齿轮齿廓设计。4）通过分析栽植臂位置、姿态、速度编写该机构的计算机辅助分析与模拟软件。分析齿轮形状参数和机构参数对轨迹取秧段横向偏移量、轨迹插秧段穴口、取秧点至插秧点的横向偏移量等的影响，获取秧针尖点的位移、速度运动趋势，优化得到合理的结构参数。5）通过分插机构优化软件获得优化后机构参数并建立机构三维模型，进行虚拟样机仿真。加工分插机构实物模型并进行运动学试验。利用旋转土槽设备完成分插机构带秧试验，并检测验证秧苗姿态和伤秧

5、率等技术指标。关键词：宽窄行分插机构；异形非圆锥齿轮；空间行星轮系；直取秧姿态；插秧轨迹I浙江理工大学硕士学位论文高速宽窄行异形非圆锥齿轮分插机构机理分析与试验研究MechanismAnalysisandExperimentalResearchonHighspeedWide-narrowDistanceTransplantingMechanismwithSpecialShapedNon-circularBevelGearsAbstractRicewide-narrowdistancetransplan

6、tinghasmoreadvantagesinincreasingproductionandpreventingdiseasethanequalrowspacingtransplanting.Thecorecomponentofwide-narrowdistancetransplanteriscalled"transplantingmechanism".Itcangetspatialtransplantingtrajectorywhichformedbyendpointsofplantarmsthro

7、ughrelativerotationmotionbetweenplantarmsandspatialplanetarygeartrain.Thetwoexistinghigh-speedwide-narrowtransplantingmechanismsarethesidelingtransplantingmechanismcomposedofcylindricalgearandtheverticaltransplantingmechanismcomposedofspatialgears.Botho

8、fthemcannotsolvetheproblemssuchaslargehorizontaloffsetofpickingupseedlingtrajectoryininclinedandshapingwiderplanthole,whichcancausehighdegreeofdamagingseedlingandlayingseedling.Thesidelingtransplantingmechanismscannotshortentheho