非圆齿轮行星轮系取苗机构的反求设计与优化

发布时间：2017-04-21 11:13

  本文关键词：非圆齿轮行星轮系取苗机构的反求设计与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：移栽具有提高农作物抵抗自然气候的能力、提高抵抗病虫害的能力、解决积温不足的接茬矛盾、提高农作物的产量与质量等优点。适于移栽的主要作物有水稻、棉花、玉米等大田作物及蔬菜、烟草、花卉等经济作物。但移栽种植劳动强度大，工作效率低，因此开发全自动移栽机械对移栽种植有重要意义。 目前依靠人工取苗、机器植苗的半自动移栽机发展比较成熟，而可自动取苗的全自动移栽机械仍然处于研发期，国内外对自动取苗机构做了大量研究，其中含有独立机电及控制系统的自动取苗机械虽然可靠性高，效率高，冲击、磨损、振动小，但其结构复杂，价格昂贵，难以得到大面积推广。杆机构与滑道机构冲击大，磨损快，振动大，难以取得较理想的取苗速度及取苗效率。本文拟开发一种传动平稳、可靠，价格低廉，振动小的高速非圆齿轮行星轮系钵苗移栽自动取苗机构。 本文主要完成了以下内容： 1）提出了一种基于取苗臂摆角的新反求设计方法，此方法既能保证取苗轨迹整体形态的不变性，又能保证非圆齿轮行星轮系机构总传动比的连续性等，对新型非圆齿轮行星轮系机构的设计有重要意义。 2）文章提出了一种非圆齿轮行星轮系机构总传动比的分配目标：两级非圆齿轮的传动比应该有相近的幅值周期比。并设计了具体的分配与调整方法：通过总传动比开方初次分配传动比，利用优化系数针对性调整传动比。 3）设计了一种夹土式取苗轨迹，分析了非圆齿轮行星轮系机构并建立了其反求数学模型。基于MATLAB编写了非圆齿轮行星轮机构反求设计与优化软件。利用软件得到了能满足工作目标的机构基本参数。 4）利用上述机构参数，对机构进行结构设计并绘制了机构二维图纸，完成了机构零件三维模型的建立与虚拟样机的装配。对机构进行了运动学分析与动力学分析，，分析了机构振动及产生振动的原因，并对机构进行优化，减小了机构的振动。
【关键词】：蔬菜 钵苗移栽 非圆齿轮 行星轮系 反求设计 运动仿真 动力学 优化
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S223.9;TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 移栽机械自动取苗机构的研究背景与意义9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 国外研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-15
• 1.3 本文的主要研究内容15
• 1.4 本文的技术路线15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 非圆齿轮行星轮系机构的轨迹形成机理分析17-30
• 2.1 非圆齿轮行星轮系取苗机构及其工作原理17
• 2.2 非圆齿轮行星轮系机构正向设计分析17-18
• 2.3 轨迹区间分析18-20
• 2.4 取苗轨迹、取苗臂摆角与总传动比相互关系的分析20-25
• 2.4.1 取苗臂摆角与取苗轨迹的关系21-22
• 2.4.2 取苗臂摆角与机构总传动比的关系22-23
• 2.4.3 机构总传动比与轨迹的关系23-25
• 2.5 子传动比的分配方法25-28
• 2.6 基于取苗臂摆角的反求设计及优化步骤28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第三章 非圆齿轮行星轮系取苗机构反求设计30-38
• 3.1 钵苗移栽取苗机构工作轨迹的规划30
• 3.2 非均匀 B 样条曲线拟合方法30-33
• 3.2.1 反算 B 样条差值曲线的控制点31-32
• 3.2.2 由控制顶点计算曲线数据点32-33
• 3.3 非圆齿轮行星轮系机构的反求设计33-37
• 3.3.1 运动符号说明33-34
• 3.3.2 取苗臂长度与行星架长度的计算34
• 3.3.3 参数φ_1与φ_2数值关系的求解34-35
• 3.3.4 取苗臂相对摆角曲线的绘制及总传动比的计算35
• 3.3.5 两级非圆齿轮传动比的确定35-36
• 3.3.6 非圆齿轮节曲线计算36
• 3.3.7 非圆齿轮最大压力角计算36-37
• 3.4 取苗臂尖点运动学方程37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 非圆齿轮行星轮系取苗机构的优化设计38-52
• 4.1 取苗机构的运动学目标38
• 4.2 取苗机构的运动学目标的数学模型38-43
• 4.3 取苗机构辅助设计软件概述43-45
• 4.3.1 MATLAB 软件概述43-44
• 4.3.2 非圆齿轮行星轮系取苗机构反求设计软件功能介绍44
• 4.3.3 软件的用户界面介绍44-45
• 4.4 软件的使用说明45-49
• 4.4.1 机构的初始设计46-47
• 4.4.2 机构的优化设计47-48
• 4.4.3 辅助功能说明48-49
• 4.5 非圆齿轮行星轮系取苗机构参数设计结果49-50
• 4.6 优化结果对比分析50-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 行星轮系取苗机构结构设计与虚拟样机实验52-68
• 5.1 非圆齿轮行星轮系取苗机构结构的结构设计52-59
• 5.1.1 非圆齿轮行星轮系取苗机构的整体结构设计52-54
• 5.1.2 拨叉的设计54-55
• 5.1.3 凸轮的设计55-57
• 5.1.4 取苗臂的设计57-58
• 5.1.5 取苗爪的设计58-59
• 5.1.6 齿廓的设计59
• 5.2 机构三维模型的建立59-63
• 5.2.1 非圆齿轮的三维建模60
• 5.2.2 其他零件的三维模型60-61
• 5.2.3 取苗机构的虚拟样机装配61-62
• 5.2.4 虚拟样机零部件初始位置的调整62-63
• 5.3 取苗机构的虚拟样机仿真试验63-67
• 5.3.1 文件的导入63
• 5.3.2 设置材料63-64
• 5.3.3 添加约束及驱动64-66
• 5.3.4 运动学结果分析66-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 基于 Adams 的机构动力学分析及优化68-75
• 6.1 动力学分析方法68
• 6.2 取苗机构虚拟样机的动力学分析68-70
• 6.3 动力学振动分析及优化70-74
• 6.3.1 动力学振动分析70
• 6.3.2 取苗臂配重的设计70-72
• 6.3.3 取苗机构虚拟样机的动力学优化72-74
• 6.4 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 总结75
• 7.2 本文的主要特色75-76
• 7.3 展望76-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-81
• 攻读硕士学位期间获得的研究成果81

【参考文献】

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本文编号：320214