雙轉(zhuǎn)臂式差動(dòng)偏心齒輪系分插機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與ADAMS仿真.pdf

1、旋轉(zhuǎn)式分插機(jī)構(gòu)作為高速插秧機(jī)的核心關(guān)鍵部件,一直是機(jī)插秧技術(shù)研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。提出具有工程應(yīng)用價(jià)值的新型高效分插機(jī)構(gòu),對(duì)促進(jìn)國(guó)產(chǎn)高速插秧機(jī)技術(shù)水平、提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,具有重要的研究意義和廣闊的市場(chǎng)前景。
　　 本文在深入研究偏心齒輪傳動(dòng)特性的基礎(chǔ)上,提出了一種具有齒側(cè)間隙補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的雙轉(zhuǎn)臂式差動(dòng)偏心齒輪系分插機(jī)構(gòu)。對(duì)偏心齒輪傳動(dòng)特性進(jìn)行了新分析,提出一種準(zhǔn)確計(jì)算偏心漸開(kāi)線齒輪轉(zhuǎn)角關(guān)系的不等分模型,將其應(yīng)用到差動(dòng)偏心齒輪系分插機(jī)構(gòu)的

2、運(yùn)動(dòng)分析中,給出了完整的旋轉(zhuǎn)式分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,結(jié)合ADAMS動(dòng)力學(xué)分析,驗(yàn)證了該新型分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的正確性。本文具體研究工作如下:
　　 (1)針對(duì)超級(jí)稻大株距稀植要求,提出了一種雙轉(zhuǎn)臂式差動(dòng)偏心齒輪系分插機(jī)構(gòu)。利用在齒輪盒內(nèi)中心輪兩側(cè)同相位安裝3級(jí)小偏心率齒輪,形成兩自由度差動(dòng)輪系驅(qū)動(dòng)栽植臂的新結(jié)構(gòu),可以使秧爪獲得適于分秧、插秧的運(yùn)動(dòng)軌跡和姿態(tài),適合配置在高速插秧機(jī)上從株距200 mm到280 mm栽插苗高小于352mm

3、的秧苗,特別適合超級(jí)稻稀植。由于偏心齒輪的偏心率比日本的偏心齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)更小,差動(dòng)偏心齒輪系分插機(jī)構(gòu)具有更好的傳動(dòng)平穩(wěn)性。
　　 (2)針對(duì)等分模型存在模型假設(shè)引起的轉(zhuǎn)角誤差問(wèn)題,提出了一種準(zhǔn)確計(jì)算偏心漸開(kāi)線齒輪轉(zhuǎn)角關(guān)系的不等分模型及解法,該模型校正了等分模型下配對(duì)齒工作齒廓的交叉或分離,當(dāng)基準(zhǔn)齒工作齒廓坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)為5000點(diǎn)時(shí),嚙合點(diǎn)搜索的坐標(biāo)控制精度可達(dá)到0.001mm,轉(zhuǎn)角誤差精度可達(dá)到0.001°。計(jì)算表明,轉(zhuǎn)角誤差

4、隨著齒輪偏心率的增大而變大,多級(jí)傳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)角誤差被逐級(jí)放大。不等分模型解法可以求得偏心齒輪系分插機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確的齒輪盒和栽植臂相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,從而得到準(zhǔn)確的秧爪取秧和推秧位置與姿態(tài)。正反側(cè)從動(dòng)齒輪輸出轉(zhuǎn)角在180°處不等于中心輪轉(zhuǎn)角,使得正向側(cè)和反向側(cè)栽植臂的秧爪軌跡不重合,ADAMS仿真結(jié)果驗(yàn)證了不等分模型求解的正確性。當(dāng)偏心率為0.1043時(shí),兩者的軌跡偏差不大于1.01mm。
　　 (3)綜合考慮分插機(jī)構(gòu)的工作性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)要求

5、,應(yīng)用人機(jī)交互的可視化設(shè)計(jì)方法,給出了完整的分插機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程,可以為不同結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)式分插機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。基于不等分模型求解了齒輪盒圍繞中心輪兩側(cè)的各級(jí)偏心齒輪傳動(dòng)關(guān)系,以齒側(cè)法向間隙為非負(fù)最小和頂隙大于零為目標(biāo),優(yōu)化了偏心齒輪傳動(dòng)的中心距。以秧爪取秧角和推秧角最小為優(yōu)化目標(biāo),利用人機(jī)交互的可視化設(shè)計(jì)方法優(yōu)化了二桿插秧機(jī)械手參數(shù),使秧爪基本上順著秧苗方向進(jìn)出秧門,栽插直立度非常理想。利用反轉(zhuǎn)法建立了行星輪非勻速輸出轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)下推秧機(jī)構(gòu)

6、的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,優(yōu)化了推秧機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù),得到了準(zhǔn)確的凸輪輪廓和推秧動(dòng)作關(guān)系,同時(shí)使凸輪機(jī)構(gòu)具有合適的壓力角,理論上克服了撥叉動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的較大沖擊。運(yùn)動(dòng)模擬表明,優(yōu)化參數(shù)正確,分插機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)良好,適合從株距200mm到280mm栽插苗高小于352mm的秧苗,特別適合超級(jí)稻稀植。
　　 (4)應(yīng)用SolidWorks和ADAMS平臺(tái)進(jìn)行雙轉(zhuǎn)臂式差動(dòng)偏心齒輪系分插機(jī)構(gòu)的協(xié)同設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)仿真,研究偏心齒輪副的齒側(cè)間隙補(bǔ)償方法及其動(dòng)力學(xué)特性,

7、保證機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。用ADAMS中的Torsion Spring模塊來(lái)替代錯(cuò)位扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),該模塊參數(shù)分別為剛度系數(shù)1000N·mm/°,阻尼系數(shù)1.0N·mm·s/°,初始角度10°,預(yù)載荷10N’。仿真結(jié)果表明添加有側(cè)隙補(bǔ)償裝置的分插機(jī)構(gòu)插秧軌跡更加平滑,有效的補(bǔ)償齒輪副側(cè)隙引起的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)誤差問(wèn)題。
　　 (5)應(yīng)用拆桿組法對(duì)分插機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析的幾何表示,獲得了ADAMS下各分析位置處的力學(xué)特性曲線。帶側(cè)隙補(bǔ)償裝置的分插機(jī)構(gòu)各