機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于adams的寬窄行分插機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析【全套圖紙ug三維】

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　寬窄行插秧是由農(nóng)藝專(zhuān)家提出的一種適合我國(guó)水稻種植要求的種植方式，該種植方式的目標(biāo)是增加通風(fēng)，減少病蟲(chóng)害，增加水稻產(chǎn)量。目前國(guó)內(nèi)插秧機(jī)用分插機(jī)構(gòu)都是等行距(30cm)形式，延吉插秧機(jī)制造有限公司和黑龍江農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研制了一種寬窄行插機(jī)，采用等行距插秧用的曲柄搖桿式分插機(jī)構(gòu)，只是在分插機(jī)構(gòu)和秧箱的布置上做了一定的改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)了20

2、cm-40cm的插秧行距，但秧箱未能有效利用，尤其是采用20cm秧盤(pán)，與現(xiàn)有30cm秧盤(pán)不通用，機(jī)器不成熟，限制了機(jī)器的推廣。另外，浙江理工大學(xué)趙勻等提出了多種行星輪系寬窄行分插機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析和參數(shù)優(yōu)化。</p><p>　　全套圖紙，三維，加153893706</p><p>　　寬窄行分插機(jī)構(gòu)是寬窄行水稻插秧機(jī)的關(guān)鍵工作部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響水稻插秧質(zhì)量、插秧機(jī)工

3、作可靠性、使用壽命和插秧效率，直接決定插秧機(jī)的整體工作性能和品牌競(jìng)爭(zhēng)力。因此，對(duì)寬窄行水稻插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)度方面的分析、研究，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)高速插秧機(jī)的發(fā)展，寬窄行分插機(jī)構(gòu)的研制以及我國(guó)水稻種植機(jī)械化水平的提高具有重要的理論意義，同時(shí)還給零件的剛?cè)狁詈戏治鎏峁┝艘环N實(shí)現(xiàn)方法。</p><p>　　本課題以水稻插秧機(jī)寬窄行分插機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，首先分析了分插機(jī)構(gòu)在高速和低速運(yùn)動(dòng)下

4、機(jī)座的受力變化情況，討論了在多高的轉(zhuǎn)速下需要考慮分插機(jī)構(gòu)的不平衡現(xiàn)象，并通過(guò)在機(jī)構(gòu)上增加配重來(lái)優(yōu)化高速下機(jī)座受力變化幅度；其次將分插機(jī)構(gòu)栽植臂殼體看作柔性體，對(duì)其在水稻插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中受到的應(yīng)力、應(yīng)變、位移進(jìn)行了分析、研究，主要內(nèi)容如下：</p><p>　　(1)實(shí)現(xiàn)UG與ADAMS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)的仿真；</p><p>　　(2)分析不同轉(zhuǎn)速下機(jī)座受力；</p&

5、gt;<p>　　(3)在ADAMS中進(jìn)行動(dòng)平衡研究；</p><p>　　(4)實(shí)現(xiàn)UG與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在ANSYS中生成取苗臂殼體中性文件；</p><p>　　(5)實(shí)現(xiàn)ADAMS與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在ADAMS中實(shí)現(xiàn)分插機(jī)構(gòu)的剛?cè)狁詈夏Ｐ筒⑦M(jìn)行仿真分析；</p><p>　　(6)仿真載荷文件的提取及在ANSYS環(huán)境下的取苗臂殼體強(qiáng)

6、度分析；</p><p>　　關(guān)鍵詞：寬窄行分插機(jī)構(gòu)；動(dòng)平衡；柔性體；ANSYS；ADAMS</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wide-narrow distance planting is put forward by agricultural experts and is a cultivation

7、 mode suitable to China's rice planting requirements, the goal of this cropping system is to increase ventilation, reduce plant diseases and insect pests, increase the yield of rice. At present, domestic transplanter

8、 with mechanism are spaced (30cm), yanji transplanter manufacturing commpany and HeiLongJiang agricultural machinery have developed a wide-narrow distance transplating machine, adopting wide-narr</p><p>　　Wi

9、de-narrow distance transplating mechanism is the key part to the spacing of rice transplanter working parts, its quality performance will directly affect the quality of rice seedling transplanter, work reliability, servi

10、ce life and planting efficiency, the overall work performance and determine transplanter’s brand competitiveness. Therefore, the kinematics, dynamics, strength analysis and research for spacing rice transplanter mechanis

11、m has the significant practical significance and economic </p><p>　　This reaserch object is about the rice transplanter wide-narrow distance transplating mechanism, firstly analyzes the stress of mechanism o

12、n high-speed and low-speed movement changes, discusses in how high speed we need to consider the mechanism imbalance, and optimization the variations in force through to add weight to the mechanism; Second regard the pla

13、nting arm shell as flexible body, analysis and reaserch the stress, strain and displacement of rice transplanter mechanism in the process of </p><p>　　1) Realize the UG and ADAMS data conversion, and the sim

14、ulation of virtual prototype;</p><p>　　2）Analysis of the chassis force in different speed;</p><p>　　3) Reaserch dynamic balancing in ADAMS;</p><p>　　4) Realize the UG and ANSYS data

15、 conversion, and generate the .mnf file;</p><p>　　5) To achieve data conversion of ADAMS and ANSYS, and realization the coupled model of the mechanism and the simulation analysis in ADAMS;</p><p&g

16、t;　　6) Extraction the load file of Simulation and take planting arm shell strength analysis in ANSYS;</p><p>　　Keywords: wide-narrow distance transplating mechanism；dynamic balance；flexible body；ANSYS；ADAMS&

17、lt;/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課

18、題研究的背景和意義1</p><p>　　1.1.1 研究背景1</p><p>　　1.1.2 研究意義1</p><p>　　1.2 行星系分插機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)行星系分插機(jī)構(gòu)2</p><p>　　1.2.2寬窄行行星系分插機(jī)構(gòu)4</p><p

19、><b>　　1.3研究?jī)?nèi)容5</b></p><p>　　1.4 課題的研究思路6</p><p>　　1.4.1 聯(lián)合仿真分析6</p><p>　　第二章 UG三維建模及虛擬樣機(jī)裝配8</p><p>　　2.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)8</p><p>　　2.2 栽植臂裝配圖8

20、</p><p>　　2.3 UG建立分插機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)的三維模型9</p><p>　　2.4 ADAMS仿真步驟11</p><p>　　2.4.1創(chuàng)建幾何模型11</p><p>　　2.4.2 創(chuàng)建約束和運(yùn)動(dòng)11</p><p>　　2.4.3 施加力12</p><p>　　2

21、.4.4 添加驅(qū)動(dòng)12</p><p>　　2.4.5 仿真分析與結(jié)果后處理13</p><p>　　2.5 建立分插機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)13</p><p>　　2.5.1 分插機(jī)構(gòu)三維模型導(dǎo)入ADAMS13</p><p>　　2.5.2 定義分插機(jī)構(gòu)構(gòu)件屬性14</p><p>　　2.5.3 添加運(yùn)動(dòng)副15

22、</p><p>　　2.5.4 施加載何及驅(qū)動(dòng)16</p><p>　　2.5.5 分插機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)仿真17</p><p>　　2.6 本章小結(jié)19</p><p>　　第三章 基于ADAMS的配重研究20</p><p>　　3.1 不同轉(zhuǎn)速下支座力的研究20</p><p>

23、　　3.2 確定配重塊位置21</p><p>　　3.2 添加配重塊21</p><p>　　3.3 參數(shù)化配重塊半徑21</p><p>　　3.4 設(shè)計(jì)研究22</p><p>　　3.5 最優(yōu)化求解23</p><p>　　3.6 結(jié)果分析23</p><p>　　3.7 本

24、章小結(jié)24</p><p>　　第四章 基于ANSYS和ADAMS的栽植臂殼體強(qiáng)度分析25</p><p>　　4.1 ADAMS建立柔性體25</p><p>　　4.1.1 離散柔性連接25</p><p>　　4.1.2 利用有限元程序建立柔性體25</p><p>　　4.1.3 利用ADAMS/A

25、utoFlex創(chuàng)建柔性體25</p><p>　　4.2 UG、ANSYS、ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26</p><p>　　4.2.1 UG 與ANSYS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26</p><p>　　4.2.2 UG與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26</p><p>　　4.2.3 ANSYS與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換26</p>

26、;<p>　　4.3 ANSYS生成模態(tài)中性文件27</p><p>　　4.3.1 設(shè)置單位制27</p><p>　　4.3.2 設(shè)定單元類(lèi)型27</p><p>　　4.3.3 定義材料屬性27</p><p>　　4.3.4 設(shè)置實(shí)常數(shù)27</p><p>　　4.3.5 定義單元截面

27、28</p><p>　　4.3.6 劃分網(wǎng)格28</p><p>　　4.3.7 建立蜘蛛網(wǎng)模型29</p><p>　　4.3.8 ANSYS生成柔性體中性文件31</p><p>　　4.4 ADAMS生成載荷文件31</p><p>　　4.4.1 替換剛性栽植臂殼體31</p><

28、;p>　　4.4.2定義外部載荷32</p><p>　　4.4.3 剛?cè)狁詈夏Ｐ瓦\(yùn)動(dòng)仿真分析32</p><p>　　4.4.4 輸出載荷文件33</p><p>　　4.5 栽植臂殼體強(qiáng)度分析37</p><p>　　4.6 本章小結(jié)39</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望40</p&

29、gt;<p><b>　　5.1 總結(jié)40</b></p><p><b>　　5.2 展望40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)42</b></p><p><b>　　致謝44</b></p><p><b>

30、;　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景和意義</p><p>　　1.1.1 研究背景</p><p>　　寬窄行插秧是由農(nóng)藝專(zhuān)家提出的一種適合我國(guó)水稻種植要求的種植方式，該種植方式的目標(biāo)是增加通風(fēng)，減少病蟲(chóng)害，增加水稻產(chǎn)量。全中國(guó)水稻年產(chǎn)量達(dá)2000億公斤，占世界產(chǎn)量的一半以上，平均單產(chǎn)是世界水平的1.6倍。水稻是我國(guó)

31、主要糧食作物,在糧食安全中占有極其重要的地位。水稻常年種植面積約3000萬(wàn)公頃，占全國(guó)谷物種植面積的30％，世界水稻種植面積的20％；稻谷總產(chǎn)量近20000萬(wàn)噸，占全國(guó)糧食總產(chǎn)的40％，世界稻谷總產(chǎn)的35％；稻谷平均單產(chǎn)6.212噸／公頃，是單產(chǎn)最高的糧食作物。 但是我國(guó)水稻種植基本采用人工育秧、插秧、收獲的“三彎腰”方式, 勞動(dòng)強(qiáng)度大, 工作效率較低。我國(guó)雖在五六十年代就提出了水稻栽植機(jī)械化，但行動(dòng)慢，步子小，進(jìn)展不大。</p&

32、gt;<p>　　據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，水稻種植、收獲兩個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)可分別減少勞動(dòng)用工量40%和76%，大幅度提高工效；機(jī)械栽插比人工手插平均節(jié)約成本450元/公頃左右，提高單產(chǎn)375公斤/公頃以上；機(jī)械收獲較人工收獲節(jié)省成本300元/公頃。因此，提高水稻插秧機(jī)械化水平對(duì)我國(guó)只擁有7%的世界耕地卻要養(yǎng)活22%世界人口的國(guó)家來(lái)說(shuō)，具有重大的意義。</p><p>　　2013年農(nóng)業(yè)部落實(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)

33、展目標(biāo)任務(wù)，農(nóng)業(yè)部要求，要積極爭(zhēng)取各方支持，落實(shí)完善農(nóng)機(jī)化發(fā)展扶持政策；加強(qiáng)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)化與信息化融合，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新推廣；大力推進(jìn)農(nóng)機(jī)社會(huì)化服務(wù)，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程和全面機(jī)械化。</p><p>　　水稻插秧機(jī)是比較復(fù)雜的田間水稻種植作業(yè)機(jī)械，分插機(jī)構(gòu)是水稻插秧機(jī)的核心工作部件，由取苗臂和秧針軌跡控制機(jī)構(gòu)組成，在其他工作部件配合下完成分秧和插秧的動(dòng)作，其性能直接影響插秧質(zhì)量、工作可靠性和插秧效率，決定插秧機(jī)

34、的整體水平和競(jìng)爭(zhēng)力，因此對(duì)水稻插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、強(qiáng)度方面的分析、研究，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益[1]。</p><p>　　1.1.2 研究意義</p><p>　　由于機(jī)械向輕型化、高速化方向發(fā)展的趨勢(shì)，導(dǎo)致構(gòu)件的柔度、慣性力矩急劇增大，在這種情況下，構(gòu)件的彈性變形將會(huì)給機(jī)械的運(yùn)動(dòng)輸出帶來(lái)誤差，尤其是對(duì)于一些撓度比較大的構(gòu)和一些會(huì)產(chǎn)生大變形的構(gòu)建。對(duì)于一些高精密機(jī)械，

35、必須計(jì)入這種彈性變形對(duì)精度的影響，機(jī)械系統(tǒng)的柔度加大，系統(tǒng)固有頻率下降；機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度提高，激振頻率上升。激振頻率和固有頻率靠近，可能會(huì)發(fā)生較強(qiáng)的振動(dòng)現(xiàn)象，既破壞機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度，又影響構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，并引發(fā)噪聲。現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)朝著高速、重載、高精度方向發(fā)展的要求也使設(shè)計(jì)者越來(lái)越重視構(gòu)件的動(dòng)應(yīng)力和產(chǎn)品的壽命預(yù)估，使得系統(tǒng)剛性運(yùn)動(dòng)與其自身變形之間相耦合而產(chǎn)生的彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題已成為該領(lǐng)域急需解決的普遍問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)。</p><

36、;p>　　寬窄行分插機(jī)構(gòu)也是高速插秧機(jī)的部件，由于速度高，而且其取秧與插秧運(yùn)動(dòng)是空間運(yùn)動(dòng)，所以不能不考慮機(jī)座的受力不平衡量，通過(guò)在殼體上增加配重塊，ADAMS可以對(duì)整個(gè)部件進(jìn)行分析求解。在機(jī)械系統(tǒng)中，柔性體會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生重要影響，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)如果不考慮柔性體的影響將會(huì)造成很大的誤差，同樣整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況也反過(guò)來(lái)決定了每個(gè)構(gòu)件的受力狀況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而決定了構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布。采用ANSYS和ADAMS軟件的聯(lián)合

37、仿真它不但可以精確的模擬整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，而且可以基于運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的柔性體進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變的分析[2]。</p><p>　　為了提高寬窄行水稻插秧機(jī)的工作效率和工作質(zhì)量，分插機(jī)構(gòu)不斷朝著高速、高精度方向發(fā)展，為了更加精確地模擬整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，反映分插機(jī)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變問(wèn)題，必須將薄壁鋁制的分插機(jī)構(gòu)栽植臂殼體看作柔性體來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，可以將ANSYS與ADAMS兩個(gè)軟件結(jié)合使用。通常，ANSYS不適合進(jìn)

38、行機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析，而ADAMS不適合進(jìn)行有限元分析，將二者結(jié)合，有利于取長(zhǎng)補(bǔ)短。ADAMS軟件是著名的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，分析對(duì)象主要是剛體，但與ANSYS軟件結(jié)合使用可以考慮分析零部件的彈性，同樣ADAMS的分析結(jié)果可為ANSYS分析提供相應(yīng)的邊界條件[3-8]。</p><p>　　1.2 行星系分插機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)行星系分插機(jī)構(gòu)</

39、p><p>　　傳統(tǒng)行星系分插機(jī)構(gòu)主要是等行距的，這種機(jī)構(gòu)插秧的缺點(diǎn)是不利于秧苗內(nèi)部通風(fēng)。主要有如下五種形式。</p><p>　　(1) 偏心齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　偏心齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)由日本率先發(fā)明，并在中國(guó)申報(bào)專(zhuān)利。該機(jī)構(gòu)如圖1.1所示，共有9個(gè)半徑相同的偏心齒輪，太陽(yáng)輪10固定不動(dòng)，兩邊對(duì)稱(chēng)布置2對(duì)齒輪，栽植臂4固定在行星輪8上，行星架7與太陽(yáng)

40、輪共軸。工作時(shí)，行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，2個(gè)惰輪9(也稱(chēng)中間輪)繞太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)2個(gè)行星輪在周期內(nèi)擺動(dòng)，栽植臂隨行星架的圓周運(yùn)動(dòng)和隨行星輪作相對(duì)于行星輪軸的擺動(dòng)，構(gòu)成了特殊的運(yùn)動(dòng)軌跡，可滿足秧爪軌跡和姿態(tài)的要求。偏心齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)與非圓齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)相比較有加工簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但齒隙變化引起振動(dòng)，需增加防振裝置，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。中國(guó)學(xué)者也對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究和改進(jìn)，在對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上，用解析法建立了該分插機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型[9]。<

41、/p><p>　　(2) 偏心鏈輪式分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　偏心鏈輪式分插機(jī)構(gòu)采用5個(gè)偏心鏈輪，利用傳動(dòng)比變化實(shí)現(xiàn)分插機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)要求。偏心鏈輪分插機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部分產(chǎn)生效果，與偏心齒輪、橢圓齒輪分插機(jī)構(gòu)相同。不同之處在于偏心鏈輪分插機(jī)構(gòu)沒(méi)有中間輪，取而代之的是兩個(gè)等徑偏心鏈輪的傳動(dòng)比變化來(lái)實(shí)現(xiàn)要求。兩偏心鏈輪輪心在工作周期中，靠近和分離造成鏈條松緊變化可由偏心張緊輪消除[10]。</p

42、><p>　　(3) 橢圓差速分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　橢圓差速分插機(jī)構(gòu)在一個(gè)回轉(zhuǎn)的殼體里(相當(dāng)于輪系機(jī)構(gòu)的行星架)安裝3個(gè)全等的橢圓齒輪，3個(gè)橢圓齒輪的回轉(zhuǎn)中心均在橢圓齒輪的交點(diǎn)上且相位相同，并支撐在殼體上，栽植臂上秧爪輸出的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)為隨殼體的平動(dòng)和繞行星輪軸心的不等速轉(zhuǎn)動(dòng)的合成，從而使秧爪獲得適于分秧、插秧的運(yùn)動(dòng)軌跡。另外，在栽植臂上附加推秧機(jī)構(gòu)，其作用是插秧時(shí)將秧苗準(zhǔn)確推入土壤中。&

43、lt;/p><p>　　(4) 正齒行星輪系分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　正齒行星輪系分插機(jī)構(gòu)如圖1.2所示，它由正圓齒輪和橢圓齒輪組成。通過(guò)鍵、行星輪軸與行星圓齒輪固結(jié)的一對(duì)栽植臂，一方面隨著行星架作圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面隨著行星圓齒輪相對(duì)行星架作非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在這兩種運(yùn)動(dòng)的復(fù)合下，秧爪按要求的姿態(tài)(角位移和軌跡)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)，就可以找到滿足插秧要求的工作軌跡、取秧角和插秧角[11

44、]。</p><p>　　(5) 橢圓齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　橢圓齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)如圖1.3所示。其傳動(dòng)部分由5個(gè)全等的橢圓齒輪、行星架和2個(gè)栽植臂組成。中央橢圓齒輪I(也稱(chēng)太陽(yáng)輪)與機(jī)架固定，在起始位置，5個(gè)橢圓齒輪長(zhǎng)軸在一條直線上，行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為，2個(gè)中間齒輪(也稱(chēng)惰輪)繞太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)2個(gè)行星輪(齒輪III)在周期內(nèi)擺動(dòng)，行星輪與栽植臂一體，栽植臂上各點(diǎn)(包括

45、秧爪尖)作復(fù)合運(yùn)動(dòng)：行星輪軸隨行星架的圓周運(yùn)動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))和隨行星輪作相對(duì)于行星輪軸的擺動(dòng)(相對(duì)運(yùn)動(dòng))，構(gòu)成了特殊的運(yùn)動(dòng)軌跡。秧爪的角速度為行星架角位移和行星輪角位移的代數(shù)和。在VB6.0平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出人機(jī)交互參數(shù)優(yōu)化軟件，分析了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和優(yōu)化目標(biāo)的影響，優(yōu)化出滿足插秧要求的結(jié)構(gòu)參數(shù)[12-13]。</p><p>　　寬窄行行星系分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　(1) 非勻速空間

46、行星輪系寬窄行分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　非圓錐齒輪行星輪系分插機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，主要由太陽(yáng)輪4,中間斜齒輪2、中間非圓錐齒輪3、和行星輪1組成。其中行星輪也是非圓錐齒輪，與非圓錐齒輪3配合，太陽(yáng)輪固定不動(dòng)，隨著殼體的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)中間輪和行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成取秧和插秧過(guò)程，由于非圓錐齒輪的存在，秧爪尖點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為空間軌跡。</p><p>　　1.右行星齒輪 2.右中間斜齒輪 3.

47、右中間非圓錐齒輪 4.右太陽(yáng)輪</p><p>　　圖 1.4非勻速空間行星輪系分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　(2) 圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機(jī)構(gòu)</p><p>　　圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機(jī)構(gòu)原理如圖1.5所示，機(jī)構(gòu)由變速傳動(dòng)部件和栽植臂組成，其變速傳動(dòng)部件有5個(gè)全等的變性橢圓齒輪，太陽(yáng)輪2與機(jī)架固結(jié)，中心軸1帶動(dòng)行星架3及兩個(gè)中間輪4和兩個(gè)行星輪6轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)中

48、間輪4和太陽(yáng)輪2嚙合產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，并分別帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的行星輪6相對(duì)行星架3轉(zhuǎn)動(dòng)；栽植臂11通過(guò)行星軸8與行星輪6固結(jié)，圓柱凸輪9以栽植臂11相對(duì)行星架3轉(zhuǎn)動(dòng)作為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)栽植臂11在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)相對(duì)行星架3橫向移動(dòng)，形成一空間軌跡，推秧?xiàng)U13在凸輪7、撥叉15和彈簧12組成的凸輪機(jī)構(gòu)的控制下，依靠彈簧12彈力在指定位置完成推秧，并通過(guò)凸輪7擠壓彈簧12收回，準(zhǔn)備取秧和下次推秧。</p><p><b>　　1.3

49、研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　目前對(duì)于分插機(jī)構(gòu)的研究都集中于，秧針尖點(diǎn)軌跡、姿態(tài)角、取秧角度、插秧角度、秧針尖點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度等上面，缺乏對(duì)動(dòng)力學(xué)的研究；缺乏對(duì)機(jī)構(gòu)平衡的考慮，基于此種情況，尤其是在高速運(yùn)動(dòng)情況下，不平衡量的大小對(duì)機(jī)構(gòu)的可靠性和使用壽命起著至關(guān)重要的作用，利用多剛體動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS對(duì)寬窄行分插機(jī)構(gòu)的平衡情況進(jìn)行研究。分插機(jī)構(gòu)栽植臂殼體是薄壁硬鋁合金殼體，當(dāng)分插機(jī)構(gòu)取秧時(shí)，按

50、在栽植臂殼體上的秧針?biāo)喝⊙硐渖系难砻纾诉^(guò)程是分插機(jī)構(gòu)整個(gè)周期中受力最大，也是容易產(chǎn)生破壞的過(guò)程。本論文利用ADAMS分析純剛體分插機(jī)構(gòu)在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)座的受力變化情況，還采用了ADAMS和ANSYS兩個(gè)軟件的聯(lián)合仿真技術(shù)來(lái)研究分插機(jī)構(gòu)栽植臂在取秧時(shí)刻或者出現(xiàn)意外（如取秧時(shí)秧針與秧門(mén)發(fā)生碰撞、插秧時(shí)碰到石子）時(shí)栽植臂的變形和應(yīng)力分布，通過(guò)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)以提高栽植臂工作時(shí)的可靠性。主要的研究?jī)?nèi)容如下：</p><p>

51、;　　(1)實(shí)現(xiàn)UG與ADAMS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)的仿真；</p><p>　　(2)分析不同轉(zhuǎn)速下機(jī)座受力； </p><p>　　(3)在ADAMS中進(jìn)行配重研究；</p><p>　　(4)實(shí)現(xiàn)UG與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在ANSYS中生成取苗臂殼體中性文件；</p><p>　　(5) 實(shí)現(xiàn)ADAMS與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在A

52、DAMS中實(shí)現(xiàn)分插機(jī)構(gòu)的剛?cè)狁詈夏Ｐ筒⑦M(jìn)行仿真分析；</p><p>　　(6) 仿真載荷文件的提取及在ANSYS環(huán)境下的取苗臂殼體強(qiáng)度分析；</p><p>　　1.4 課題的研究思路</p><p>　　本課題利用UG、ADAMS、ANSYS實(shí)現(xiàn)對(duì)分插機(jī)構(gòu)視為剛?cè)狁詈蠙C(jī)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合仿真分析，其流程如圖1.6所示：</p><p>　　1.4

53、.1 聯(lián)合仿真分析</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　1.提出了本課題研究的背景及意義；</p><p>　　2.綜述了水稻插秧機(jī)分插機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)；</p><p>　　3.闡述了本課題的研究?jī)?nèi)容及研究思路。</p><p>　　第二章 UG三

54、維建模及虛擬樣機(jī)裝配</p><p>　　2.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)</p><p>　　虛擬樣機(jī)技術(shù)(VPT，virtual prototyping technology)是一種基于虛擬樣機(jī)的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，是各領(lǐng)域CAX/DFX技術(shù)的發(fā)展和延伸。虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)一步融合了先進(jìn)建模/仿真技術(shù)，現(xiàn)代信息技術(shù)，先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期和全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)他們

55、進(jìn)行綜合管理。與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)相比，虛擬樣機(jī)技術(shù)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，涉及產(chǎn)品全生命周期，支持對(duì)產(chǎn)品的全方位測(cè)試，分析與評(píng)估，強(qiáng)調(diào)不同領(lǐng)域的虛擬化的協(xié)同設(shè)計(jì)。多剛體動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS就是一種虛擬樣機(jī)技術(shù)，它通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件建立機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型和力學(xué)模型，分析和評(píng)估系統(tǒng)的性能，從而為物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供合理的參數(shù)依據(jù)。虛擬樣機(jī)技術(shù)的核心是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真，還包括三維CAD建模方法、有限元分析方法、機(jī)電液控制技術(shù)和最優(yōu)化方法等相關(guān)

56、技術(shù)．并取得了很好的應(yīng)用效果。同傳統(tǒng)的基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)方法相比，虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)方法具有很多特點(diǎn)[16]，包括全新的開(kāi)發(fā)模式、降低開(kāi)發(fā)成本、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟等。</p><p>　　2.2 栽植臂裝配圖</p><p>　　由CAD建立各個(gè)零件的二維工程圖，分插機(jī)構(gòu)栽植臂裝配圖和栽植臂殼體主視圖如圖2.1、2.2所示。</p><p>　　2.3 UG建立分插機(jī)構(gòu)虛擬樣

57、機(jī)的三維模型</p><p>　　UG(Unigraphics NX)是Siemens PLM Software公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過(guò)程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。Unigraphics NX針對(duì)用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中采用UG軟件建立虛擬樣機(jī)的三維模型，實(shí)現(xiàn)裝配仿真分析，圖2.3到

58、圖2.9為寬窄行分插機(jī)構(gòu)的部分構(gòu)件的三維模型：</p><p>　　由于細(xì)小零件較多，此處就不一一列出，將裝好的裝配圖列舉如下，圖2.10為整個(gè)分插機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)裝配圖，圖2.11為栽植臂裝配圖。</p><p>　　2.4 ADAMS仿真步驟</p><p>　　應(yīng)用ADAMS軟件進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)仿真分析的一般步驟如圖2.12所示[17-19]。為使仿真分析能夠順利地

59、進(jìn)行，應(yīng)遵循以下原則:</p><p>　　2.4.1創(chuàng)建幾何模型</p><p>　　對(duì)于較簡(jiǎn)單的幾何模型，可以直接在ADAMS/View中建立。而對(duì)于復(fù)雜的模型，其三維建模一般是在專(zhuān)業(yè)的三維建模軟件(如UG、Proe、SolidWorks等)中完成，完成零件的組裝，然后通過(guò)專(zhuān)用接口或通用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入ADAMS環(huán)境。</p><p>　　2.4.2 創(chuàng)建約束和

60、運(yùn)動(dòng)</p><p>　　約束是用來(lái)限制和定義ADAMS中各零件的位置和運(yùn)動(dòng)，模擬機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行狀況，組裝完整的機(jī)械系統(tǒng)，為后續(xù)分析做準(zhǔn)備。ADAMS中提供的約束包括時(shí)變約束、時(shí)不變約束、完整約束、不完整約束、高副約束和低副約束等，用戶也能通過(guò)自定義子程序來(lái)定義約束。</p><p>　　在ADAMS/View中提供了4中約束類(lèi)型如下[18]：</p><p>　　

61、(1) 運(yùn)動(dòng)副約束：運(yùn)動(dòng)副約束包括11種，通過(guò)運(yùn)動(dòng)副來(lái)實(shí)現(xiàn)約束，運(yùn)動(dòng)副在現(xiàn)實(shí)中都能找到對(duì)應(yīng)的物理模型，如鉸鏈副、移動(dòng)副等。每施加一個(gè)運(yùn)動(dòng)副可以把兩個(gè)零件聯(lián)系起來(lái)，被連接的零件可以是剛體、柔性體、點(diǎn)質(zhì)量，這11種運(yùn)動(dòng)副中齒輪副和關(guān)聯(lián)副又稱(chēng)為復(fù)雜運(yùn)動(dòng)副；</p><p>　　(2) 基本約束：基本約束總共包含5種，基本約束對(duì)零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了限定，如限定兩個(gè)零件必須平行運(yùn)動(dòng)，或者是限定他們的運(yùn)動(dòng)路線相互垂直等。基本

62、約束在現(xiàn)實(shí)中沒(méi)有物理原型，通過(guò)基本約束的組合可以產(chǎn)生定義與運(yùn)動(dòng)副約束相同的約束，也可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)副約束無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜約束；</p><p>　　(3) 運(yùn)動(dòng)約束：運(yùn)動(dòng)約束通過(guò)對(duì)模型施加運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的約束，一旦定義好運(yùn)動(dòng)后，模型就會(huì)按照所定義的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而不考慮實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)需要多大的力或力矩，ADAMS/View定義了兩種類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)約束包括運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)和點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　(

63、4) 高副約束：兩個(gè)構(gòu)建通過(guò)點(diǎn)或線的接觸組成的運(yùn)動(dòng)副成為高副，在ADAMS/View中指的是凸輪機(jī)構(gòu)，包括點(diǎn)線凸輪機(jī)構(gòu)和線線凸輪機(jī)構(gòu)。 </p><p><b>　　2.4.3 施加力</b></p><p>　　ADAMS/View定義了4種類(lèi)型的力：主動(dòng)力、柔性連接(如無(wú)質(zhì)量梁、套筒、彈簧—阻尼器和扭簧)、特殊力(如重力、輪胎力)和接觸力[18]。</p&g

64、t;<p>　　定義力的大小，可以直接定義力或力矩的模或3個(gè)方向的分量，當(dāng)力的大小與運(yùn)動(dòng)量(位移。速度)有線性關(guān)系時(shí)，定義其比例系數(shù)。如彈簧剛度。粘性阻尼系數(shù)；也可以使用Function builder或子程序定義力與位置、運(yùn)動(dòng)之間更復(fù)雜的關(guān)系，甚至力與力的關(guān)系；接觸力可以看成只能壓縮的彈簧力。</p><p>　　定義力的方向，力包括固定于物體(力與物體的相對(duì)位置始終保持不變)和固定于空間的力(力

65、在空間中的位置始終不變)；也可指定沿某標(biāo)記的一坐標(biāo)軸方向，或多個(gè)軸方向，或指定方向；也可選擇沿兩個(gè)標(biāo)記的連線方向或者垂直于網(wǎng)格平面，或者可以用鼠標(biāo)左鍵選力的方向。</p><p>　　2.4.4 添加驅(qū)動(dòng)</p><p>　　在ADAMS/View中添加驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)也作為約束的一種，可以減少系統(tǒng)的一個(gè)自由度，如果是單純做在重力作用下的系統(tǒng)仿真，則可以不加任何驅(qū)動(dòng)；在需要一個(gè)原動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸入

66、進(jìn)行有輸入的運(yùn)動(dòng)學(xué)或動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)，可以在運(yùn)動(dòng)副上添加驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)作為一種再約束需要加在已有運(yùn)動(dòng)副上，從而確定運(yùn)動(dòng)副所約束的兩個(gè)構(gòu)件之間保持某種確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，驅(qū)動(dòng)包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)和直線驅(qū)動(dòng)，又可以叫轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)和直線馬達(dá)，其中轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)需要加在轉(zhuǎn)動(dòng)副上，直線馬達(dá)需要加在移動(dòng)副上；添加時(shí)設(shè)置好轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度或者直線馬達(dá)的移動(dòng)線速度即可。</p><p>　　2.4.5 仿真分析與結(jié)果后處理</p><

67、p>　　ADAMS/View仿真分析過(guò)程中會(huì)自動(dòng)地調(diào)用ADAMS/Solver求解程序。再由ADAMS/Solver完成以下4種類(lèi)型的仿真分析。</p><p>　　(1) 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析(Kinematic)，通過(guò)求解一系列代數(shù)方程，仿真分析自由度等于零的系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。</p><p>　　(2) 動(dòng)力學(xué)分析(Dynamic)，通過(guò)多個(gè)微分—代數(shù)方程求解，仿真分析自由度大于零的復(fù)雜系統(tǒng)

68、的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)和受力的大小。</p><p>　　(3) 靜態(tài)分析(static)，通過(guò)受力平衡，求解各構(gòu)件在靜態(tài)下的受力情況。</p><p>　　(4) 裝配分析(Assemble)，用于發(fā)現(xiàn)和糾正在裝配過(guò)程中的錯(cuò)誤連接以及不正確的初始條件。</p><p>　　在ADAMS仿真分析完成之后即可進(jìn)入結(jié)果后處理，結(jié)果后處理是通過(guò)調(diào)用獨(dú)立的后處理模塊ADAMS/Pos

69、tProcessor來(lái)完成的。ADAMS/PostProcessor模塊主要包含兩大功能：仿真結(jié)果回放功能和測(cè)量曲線的編輯處理。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行后處理，可以完成以下工作:</p><p>　　(1) 可以將仿真結(jié)果與實(shí)物樣機(jī)結(jié)果測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證分析；</p><p>　　(2) 可以繪制各種測(cè)量曲線并進(jìn)行一些曲線的數(shù)學(xué)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析；</p><p>　　(3

70、) 可以對(duì)不同條件的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較；</p><p>　　(4) 提供對(duì)虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的更改指導(dǎo)；</p><p>　　(5) 可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不同的編輯。</p><p>　　2.5 建立分插機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)</p><p>　　2.5.1 分插機(jī)構(gòu)三維模型導(dǎo)入ADAMS</p><p>　　在UG中建立、組裝的三維模

71、型導(dǎo)入ADAMS一般采用以下方法：</p><p>　　通過(guò)中間數(shù)據(jù)格式Parasolid進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具體步驟如下：(1)在UG環(huán)境中建立各構(gòu)件的三維實(shí)體模型并裝配；(2)將裝配好的模型另存為實(shí)體(.X_T)格式；(3)在ADAMS／View工作環(huán)境中選擇File--Import，在導(dǎo)入文件類(lèi)型中選擇Parasolid，指定裝配體的(.X_T)格式文件， 即可導(dǎo)入ADAMS[20]。</p><

72、p>　　2.5.2 定義分插機(jī)構(gòu)構(gòu)件屬性</p><p>　　為了不同的零件在設(shè)置和選擇的時(shí)候容易辨認(rèn)，首先將導(dǎo)入分插機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件重命名為對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)，為了區(qū)分不同零件，最好將不同零件更改為容易區(qū)分的顏色，然后對(duì)每個(gè)零件設(shè)置它們所對(duì)應(yīng)材料的密度屬性，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)零件的體積計(jì)算出各個(gè)零件的質(zhì)量以及沿每個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并在質(zhì)心出自動(dòng)創(chuàng)建質(zhì)心marker點(diǎn)，具體各零件所對(duì)應(yīng)的材料屬性如表2.1所示：</p

73、><p>　　表2.1 材料屬性說(shuō)明</p><p>　　2.5.3 添加運(yùn)動(dòng)副</p><p>　　在定義完了質(zhì)量屬性后，零件之間并沒(méi)有形成運(yùn)動(dòng)關(guān)系，所以還需要施加運(yùn)動(dòng)副，使其形成具有確定運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分插機(jī)構(gòu)。</p><p>　　ADAMS軟件提供了豐富的約束庫(kù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)約束的施加，對(duì)分插機(jī)構(gòu)施加的運(yùn)動(dòng)副如表2.2所示：</p&g

74、t;<p>　　表2.2 運(yùn)動(dòng)副說(shuō)明</p><p>　　定義完運(yùn)動(dòng)副的分插機(jī)構(gòu)如圖2.13所示。</p><p>　　2.5.4 施加載何及驅(qū)動(dòng)</p><p>　　分插機(jī)構(gòu)所受的載荷有:中心圓齒輪與中間圓齒輪之間的接觸力、中間非圓錐齒輪與行星非圓錐齒輪之間的接觸力、凸輪與撥叉之間的接觸力、撥叉與彈簧座之間的接觸力、彈簧座與橡膠緩沖墊之間的接觸力、

75、彈簧座與頂蓋之間的彈簧力。各個(gè)剛體的變速運(yùn)動(dòng)或者剛體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性力由ADAMS/solver求解器自動(dòng)計(jì)算。各剛體的重力在定義重力加速度的大小、方向和材料屬性(如密度)等后，在仿真中自動(dòng)給各剛體施加重力。在彈簧座中心與頂蓋中心的連線設(shè)置一彈簧，其剛度為2N/mm，預(yù)載荷為48N，預(yù)載荷工作長(zhǎng)度為76mm，參數(shù)設(shè)置如圖2.14所示。</p><p>　　假定中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，可以在箱體和中心軸之間施加的旋轉(zhuǎn)副

76、處添加一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為使在開(kāi)始仿真時(shí)不發(fā)生剛性沖擊將旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為step(time,0,0,0.1,1080d)*time，如圖2.15所示。</p><p>　　2.5.5 分插機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)仿真</p><p>　　對(duì)于分插機(jī)構(gòu)在完成模型導(dǎo)入、重命名顏色修改、質(zhì)量屬性定義、運(yùn)動(dòng)副定義、載荷添加、驅(qū)動(dòng)添加之后前處理部分基本完成，可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。</p><p&

77、gt;　　仿真計(jì)算之前必須設(shè)置相應(yīng)的仿真參數(shù)，仿真時(shí)間即系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，仿真步數(shù)的多少對(duì)計(jì)算時(shí)間影響不大，但過(guò)多的仿真步數(shù)會(huì)浪費(fèi)大量的存儲(chǔ)空間。本次剛性分插機(jī)構(gòu)的仿真參數(shù)設(shè)定為：時(shí)間:1s，步數(shù):200步。</p><p>　　(1) 秧針尖點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡分析</p><p>　　分插機(jī)構(gòu)秧針軌跡能否滿足插秧要求，將直接影響插秧機(jī)的工作性能和插秧質(zhì)量，如果軌跡不合理就不能很好地取秧、運(yùn)秧、

78、插秧，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)顾逖砻绲狗蚱?。圖2.16為純剛性體分插機(jī)構(gòu)秧針尖點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，圖中顯示分插機(jī)構(gòu)靜軌跡為豬腰子形。</p><p>　　(2) 秧針尖點(diǎn)速度分析</p><p>　　傷秧率是評(píng)價(jià)插秧機(jī)工作性能的重要指標(biāo)之一，傷秧一般發(fā)生在取秧和插秧階段，在取秧和插秧階段秧針相對(duì)于秧苗的速度越小傷秧率越小。圖2.17為秧針尖點(diǎn)X方向速度曲線，圖2.18為秧針尖點(diǎn)Y方向速度曲線，圖2

79、.19為秧針尖點(diǎn)合速度曲線。</p><p>　　(3) 秧針尖點(diǎn)加速度分析</p><p>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的加速度特性可以反應(yīng)出機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的好壞，加速度小則特性好，加速度大則特性壞。圖2.20為秧針尖點(diǎn)X方向加速度曲線，圖2.21為秧針尖點(diǎn)Y方向加速度曲線，圖2.22為秧針尖點(diǎn)合加速度曲線。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b&g

80、t;</p><p>　　根據(jù)分插機(jī)構(gòu)二維圖紙利用UG軟件建立三維模型，并進(jìn)行虛擬裝配，將模型通過(guò)中間數(shù)據(jù)格式.X_T導(dǎo)入ADAMS，在ADAMS/View環(huán)境中，對(duì)分插機(jī)構(gòu)模型施加運(yùn)動(dòng)副、添加載荷及驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,得出了分插機(jī)構(gòu)秧針尖點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線、速度曲線、加速度曲線。</p><p>　　第三章 基于ADAMS的配重研究</p><p>　　3.1 不

81、同轉(zhuǎn)速下支座力的研究</p><p>　　為了研究高速和低速下支座力的變化情況，分別將電機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為150R/min，200R/min，250R/min,300R/min,350R/min,400R/min。其支座力變化情況如圖3.1所示。</p><p>　　從圖中可以看出，隨著轉(zhuǎn)速的提高，支座力的波動(dòng)幅度也越來(lái)越大，250R/min的時(shí)候幅值250N，300R/min的時(shí)候幅值為30

82、0N，在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)上一般轉(zhuǎn)速超過(guò)250R/min就需要考慮平衡問(wèn)題，低于250R/min則不需要。接下來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)速為250R/min的情況進(jìn)行配重平衡研究。</p><p>　　3.2 確定配重塊位置</p><p>　　在UG軟件中將整個(gè)分插機(jī)構(gòu)三維裝配圖中的栽植臂單獨(dú)導(dǎo)出，然后在UG菜單欄中選擇分析、測(cè)量體、選擇整個(gè)栽植臂，然后在結(jié)果顯示中勾選顯示信息窗口，就會(huì)出現(xiàn)栽植臂的體積、面積、質(zhì)量、

83、回轉(zhuǎn)半徑和質(zhì)心。</p><p>　　由于栽植臂是復(fù)合運(yùn)動(dòng)，既包括隨箱體的轉(zhuǎn)動(dòng)，又有繞行星軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以栽植臂的重心是時(shí)變的，但是也有一定規(guī)律，那就是也繞行星軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所以我們首先在UG中將栽植臂質(zhì)心點(diǎn)投影到行星軸轉(zhuǎn)動(dòng)中心線上，投影方向是過(guò)質(zhì)心與中心線相交且垂直的垂線方向，然后在此點(diǎn)上建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系，此時(shí)可顯示改點(diǎn)在全局左邊系下的坐標(biāo)位置，通過(guò)該位置和轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置計(jì)算出行星軸中心線上的點(diǎn)關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)中心的對(duì)稱(chēng)位置，然后

84、在對(duì)稱(chēng)位置上加配重塊，配重塊坐標(biāo)如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 配重坐標(biāo)</p><p><b>　　3.2 添加配重塊</b></p><p>　　確定好配重塊之后就可以增加配重塊了，為了方便設(shè)置，選擇球體作為增加配重，在工具面板中選擇球體建模，設(shè)置初始半徑為10mm，在工作區(qū)右擊鼠標(biāo)即彈出坐標(biāo)設(shè)置對(duì)話框，將計(jì)算好配重位置的

85、坐標(biāo)輸入之后選擇Apply即可，在添加完配重塊之后需要設(shè)置其材料屬性，選擇配重塊材料也為硬鋁合金，但材料庫(kù)里沒(méi)有此種材料，這時(shí)只能通過(guò)輸入材料密度的方法設(shè)置，輸入密度為7830.64Kg/m3。</p><p>　　3.3 參數(shù)化配重塊半徑</p><p>　　首先建立變量，選擇Build—Design Variable—New，進(jìn)入創(chuàng)建設(shè)計(jì)變量對(duì)話框，變量名稱(chēng)為R1，初始值為10，最大值

86、為32，最小值為1，設(shè)置好的結(jié)果如圖3.1所示，然后將設(shè)置變量與配重塊半徑關(guān)聯(lián)起來(lái)，用鼠標(biāo)右鍵配重塊選擇Modify，進(jìn)入?yún)?shù)修改對(duì)話框，在半徑處用應(yīng)經(jīng)建立好的參數(shù)替換掉實(shí)數(shù)即可，具體可參看圖3.2。</p><p><b>　　3.4 設(shè)計(jì)研究</b></p><p>　　在設(shè)置變量的范圍內(nèi)進(jìn)行最優(yōu)化求解，由于變量范圍太大，ADAMS只能根據(jù)初始值求解出初始值附近的

87、局部收斂解，不能達(dá)到全局最優(yōu)解，為此，先進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，即將變量的范圍等分為多少段進(jìn)行計(jì)算，看每一點(diǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)值是多少，然后再找出其中的較小值進(jìn)行最優(yōu)化求解，將變量R1的1到32分為32段，即可在1到32的每個(gè)整數(shù)點(diǎn)上進(jìn)行研究計(jì)算，具體設(shè)置如圖3.3所示。</p><p><b>　　3.5 最優(yōu)化求解</b></p><p>　　在優(yōu)化求解前先建立支座的測(cè)量，選擇分插

88、機(jī)構(gòu)中心鉸鏈副，右鍵選擇Measure，測(cè)量名為JOINT_8_FORCE_Y，測(cè)量特性選擇Force，然后單擊OK。至此模型優(yōu)化的前期準(zhǔn)備已經(jīng)完成，可以進(jìn)行優(yōu)化求解，菜單欄上選擇Simulate—Design Evaluation，即進(jìn)入優(yōu)化求解器，求解對(duì)象為測(cè)量求解，選擇Measure，測(cè)量對(duì)象為RMS of JOINT_8_FORCE_Y，即是機(jī)架Y方向受力的均值，求解方法選擇最優(yōu)化求解，設(shè)計(jì)變量為R1、R2，優(yōu)化目標(biāo)為測(cè)量目標(biāo)的

89、最小值[21]，具體設(shè)置可參照?qǐng)D3.4。</p><p><b>　　3.6 結(jié)果分析</b></p><p>　　根據(jù)變量設(shè)計(jì)研究結(jié)果可以得出在32點(diǎn)上，支座力的方差值隨配重塊半徑增加的變化情況，從圖3.4中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)半徑為4mm、14mm兩點(diǎn)的方差值較小，選取這幾點(diǎn)作為3.5最優(yōu)化求解的初始點(diǎn)進(jìn)行最優(yōu)化求解，求解結(jié)果發(fā)現(xiàn)局部收斂點(diǎn)就在初始點(diǎn)，將半徑為4mm、14

90、mm兩點(diǎn)的支座力變化情況與不加平衡塊時(shí)的支座力在進(jìn)行完20Hz低通濾波相比較，曲線如圖3.5所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，兩種配重對(duì)于支座力幅值的優(yōu)化并沒(méi)有明顯的變化，這說(shuō)明雙栽植臂的寬窄行分插機(jī)構(gòu)本身已經(jīng)比較平衡，其次說(shuō)明在250R/min的轉(zhuǎn)速下不需要進(jìn)行配重優(yōu)化。</p><p><b>　　3.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章通過(guò)ADAMS的優(yōu)化求解計(jì)算

91、，研究了寬窄行分插機(jī)構(gòu)的動(dòng)平衡問(wèn)題，利用UG里的坐標(biāo)計(jì)算方法，獲得了配重位置，通過(guò)ADAMS的設(shè)計(jì)研究和最優(yōu)化方法比較了有配重和無(wú)配重時(shí)機(jī)架的支座力的變化情況，發(fā)現(xiàn)雙栽植臂的分插機(jī)構(gòu)本身已經(jīng)比較平衡，優(yōu)化的效果并不明顯。</p><p>　　第四章 基于ANSYS和ADAMS的栽植臂殼體強(qiáng)度分析</p><p>　　4.1 ADAMS建立柔性體</p><p>　

92、　ADAMS中建立柔性體的方法大致有3種：離散柔性連接、利用其他有限元分析軟件、利用ADAMS/AutoFlex模塊。</p><p>　　4.1.1 離散柔性連接</p><p>　　把一個(gè)剛性構(gòu)件離散為幾個(gè)小剛性構(gòu)件，小剛性構(gòu)件之間通過(guò)柔性梁連接，離散柔性連接件的變形是柔性梁連接的變形，并不是小剛性構(gòu)件的變形，小剛性構(gòu)件的任意兩點(diǎn)不能產(chǎn)生相對(duì)位移，所以離散柔性連接件本質(zhì)是剛性構(gòu)件的范疇

93、內(nèi)。每段離散件有自己的質(zhì)心坐標(biāo)系、名稱(chēng)、顏色和質(zhì)量信息等屬性，每段離散件是一個(gè)獨(dú)立的剛性構(gòu)件，可以像編輯其他剛性構(gòu)件一樣來(lái)編輯每段離散件。柔性連接件的優(yōu)點(diǎn)是這種柔性體可以模擬物體的非線性變形，但只適用于簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，可以直接幫助用戶計(jì)算截面的屬性，比直接適用柔性粱將兩構(gòu)件連接起來(lái)方便。</p><p>　　4.1.2 利用有限元程序建立柔性體</p><p>　　利用其他有限元分析軟件將構(gòu)件離

94、散成細(xì)小的網(wǎng)格，進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，將計(jì)算的模態(tài)保存為模態(tài)中性文件MNF(Modal Neutral File)，直接讀取到ADAMS中建立柔性體；</p><p>　　由于采用的是模態(tài)線性疊加來(lái)模擬物體變形,因此模態(tài)式柔性體僅適用于線性結(jié)構(gòu)的受力行為。</p><p>　　利用有限元技術(shù)，通過(guò)計(jì)算構(gòu)件的自然頻率和對(duì)應(yīng)的模態(tài)，按照模態(tài)理論，將構(gòu)件產(chǎn)生的變形看作是由構(gòu)件模態(tài)通過(guò)線性計(jì)算得到的。在計(jì)

95、算構(gòu)件模態(tài)時(shí)，按照有限元理論，首先要將構(gòu)件離散成一定數(shù)量的單元，單元數(shù)越多，計(jì)算精度越高，單元之間通過(guò)共用一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)傳遞力的作用，在一個(gè)單元上的兩個(gè)點(diǎn)之間可以產(chǎn)生相對(duì)位移，再通過(guò)單元的材料屬性，進(jìn)一步計(jì)算出構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)變。</p><p>　　4.1.3 利用ADAMS/AutoFlex創(chuàng)建柔性體</p><p>　　利用ADAMS/AutoFlex模塊，直接在ADAMS/View中

96、建立柔性體的MNF文件，然后用柔性體替換原來(lái)的剛性體。</p><p>　　利用ADAMS/AutoFlex，可以使用3種方法來(lái)創(chuàng)建柔性體，第一種是拉伸法，(1)定義拉伸路徑：一定要從Z軸的負(fù)方向向正方向拉伸，最好先定義好Point點(diǎn)和Marker點(diǎn)；(2)定義橫截面積：中心對(duì)稱(chēng)的圖形；(3)定義單元屬性和材料屬性：二維殼單元和三維實(shí)體單元；(4)定義外部Marker點(diǎn)。第二種方法是利用剛體構(gòu)件的幾何外形來(lái)創(chuàng)建柔

97、性體，選擇Solid Tetra單元。第三種方法是導(dǎo)入有限元模型的網(wǎng)格文件（Import Mesh）創(chuàng)建柔性體[19]。</p><p>　　4.2 UG、ANSYS、ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　4.2.1 UG 與ANSYS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　目前這兩個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是通過(guò)中間數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，主要包括兩種，一種是曲面格式(.

98、IGES格式)，另一種是實(shí)體格式(.X_T格式) [22]。</p><p>　　在UG中將建立的PRT文件導(dǎo)出為IGES文件，通過(guò)IGES格式進(jìn)行這兩個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。但是如果在UG中建立的模型特征過(guò)多或結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，那么生成的IGES文件會(huì)不完整，在輸入ANSYS以后由于可能存在一些小面或殘破面而無(wú)法生成實(shí)體， 因此這種格式的應(yīng)用受到了限制。還有一種是運(yùn)用實(shí)體格式X_T格式，這種格式也需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)單修

99、改，盡量避免使用倒圓角，這樣即使存在一些小面也能順利生成實(shí)體。</p><p>　　由于此次柔性體聯(lián)合仿真分析中，只需生成栽植臂殼體的中性文件，對(duì)于這一單一零件采用通過(guò)中間數(shù)據(jù)格式X_T進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具體過(guò)程如下：為了模型零件的位置能夠匹配最好是在裝配圖中將單個(gè)零件導(dǎo)出，這樣能在用柔性體替代剛性體時(shí)位置不出錯(cuò)，用UG打開(kāi)分插機(jī)構(gòu)裝配圖文件，點(diǎn)擊“文件——導(dǎo)出”，選擇Parasolid格式，在彈出的對(duì)話框中要求點(diǎn)選需要

100、導(dǎo)出的零部件，點(diǎn)選分插機(jī)構(gòu)上栽植臂殼體，選擇確定，在彈出的保存文件對(duì)話框中輸入文件名，確定為X_T格式，單擊OK按鈕就行了。</p><p>　　4.2.2 UG與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　UG與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如2.4.1所述采用中間通用數(shù)據(jù)格式.X_T格式。</p><p>　　4.2.3 ANSYS與ADAMS之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換<

101、/p><p>　　ANSYS進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，可生成ADAMS使用的柔性體模態(tài)中性文件(即．mnf文件)；然后利用ADAMS的Flex模塊將此文件調(diào)入，以生成模型中的柔性體，利用模態(tài)疊加法計(jì)算其在動(dòng)力學(xué)仿真過(guò)程中的變形以及連接節(jié)點(diǎn)上的受力情況。這樣在機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型中就可以考慮零部件的彈性特征，提高系統(tǒng)仿真的精度[3]。</p><p>　　ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，可生成ANSYS軟件使

102、用的載荷文件(即．1od文件)，此文件可向ANSYS軟件輸出動(dòng)力學(xué)仿真后的載荷譜和位移譜信息。ANSYS直接調(diào)用此文件生成有限元分析中力的邊界條件，進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變以及疲勞壽命的評(píng)估分析和研究，這樣便可得到基于精確動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果的應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果，提高計(jì)算精度。</p><p>　　4.3 ANSYS生成模態(tài)中性文件</p><p>　　模態(tài)中性文件.MNF中包含了柔性體的質(zhì)量，質(zhì)心，轉(zhuǎn)動(dòng)

103、慣量，頻率，振型以及對(duì)載荷的參與因子等信息 ，ADAMS可以根據(jù)模態(tài)中性文件生成相應(yīng)的柔性體構(gòu)件[24-26]。</p><p>　　4.3.1 設(shè)置單位制</p><p>　　在ANSYS命令欄中輸入命令流：/UNITS,SI，設(shè)定的單位為M(米)、KG(千克)、N(牛頓)、S(秒)。</p><p>　　4.3.2 設(shè)定單元類(lèi)型</p><p

104、>　　生成栽植臂殼體的中性文件中選用的單元類(lèi)型是：Solid45和Beam4。Solid45單元用來(lái)創(chuàng)建3D實(shí)體模型，它是8節(jié)點(diǎn)單元，擁有3個(gè)自由度，分別為X、Y、Z軸的方向的移動(dòng)。Beam4是兩節(jié)點(diǎn)單元，用來(lái)連接梁節(jié)點(diǎn)與實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)，建立蛛網(wǎng)模型，是受單向拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、彎曲的單元，每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有6個(gè)自由度。</p><p>　　4.3.3 定義材料屬性</p><p>　　定義材

105、料為線性彈性模型，指定用于實(shí)體的材料的彈性模量、密度、泊松比分別為7e10Pa、0.3、2700kg/m3;指定用于連接梁的材料的彈性模量、密度、泊松比分別為2.1e11Pa、0.3、7800kg/m3。</p><p>　　4.3.4 設(shè)置實(shí)常數(shù)</p><p>　　45號(hào)單元沒(méi)有實(shí)常數(shù)，Beam4單元需要設(shè)置實(shí)常數(shù)，不需要手動(dòng)去計(jì)算，只需要在設(shè)置截面形狀和半徑時(shí)查看實(shí)常數(shù)，然后將其寫(xiě)入

106、實(shí)常數(shù)參數(shù)設(shè)置中即可，還有一點(diǎn)值得注意的是實(shí)常數(shù)的設(shè)置要在45號(hào)單元?jiǎng)澐滞曛?，設(shè)置參數(shù)如圖4.1所示：</p><p>　　4.3.5 定義單元截面</p><p>　　45號(hào)單元不需要實(shí)常數(shù)也不需要截面設(shè)置，Beam4單元不僅需要實(shí)常數(shù)，而且梁?jiǎn)卧枰O(shè)置截面，截面的設(shè)置也要在45號(hào)體單元?jiǎng)澐滞曛?，截面設(shè)置過(guò)程如下所示：ANSYS Main Menu—Preferences—Sect

107、ions—Beam—Common Sections，選擇圓截面，輸入半徑為1mm。</p><p>　　4.3.6 劃分網(wǎng)格</p><p>　　選擇手動(dòng)劃分的方式進(jìn)行劃分，這樣有一個(gè)不好的地方，就是在應(yīng)力集中和不集中的地方劃分單元粗細(xì)相同，使得應(yīng)力集中地方的計(jì)算精度不是很高，但是如果手動(dòng)劃分時(shí)將邊長(zhǎng)設(shè)置很小時(shí)則計(jì)算結(jié)果相差無(wú)幾，但是這樣就使得整個(gè)模型的單元數(shù)增加，導(dǎo)致計(jì)算減慢。手動(dòng)劃分的

108、特點(diǎn)就是網(wǎng)格單元外觀好看，具體劃分過(guò)程如下所示：ANSYS Main Menu—Preferences—Mesh—Meshtool，設(shè)置全局單元結(jié)果如圖4.2所示。劃分結(jié)果如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 網(wǎng)格模型</p><p>　　4.3.7 建立蜘蛛網(wǎng)模型</p><p>　　在ADAMS中，柔性體被設(shè)置載荷和運(yùn)動(dòng)副的地方在ANSYS中必須設(shè)