基于ADAMS的寬窄行分插機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析開題報(bào)告.doc

浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告班級(jí)09級(jí)機(jī)械類4班姓名董天林課題名稱基于ADAMS的寬窄行分插機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析開題報(bào)告目錄1選題的背景與意義1.1傳統(tǒng)行星系分插機(jī)構(gòu)1.2寬窄行行星系分插機(jī)構(gòu)1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.4寬窄行分插機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的意義2研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題2.1基本內(nèi)容2.2擬解決的主要問題3研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題3.1研究思路方案3.2可行性分析3.3預(yù)期研究成果4研究工作計(jì)劃參考文獻(xiàn)（開題報(bào)告全文附后）成績(jī)：答辯意見答辯組長(zhǎng)簽名：年月日系主任審核意見簽名：年月日1基于ADAMS的寬窄行分插機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析董天林(09級(jí)機(jī)械類4班B09300408)1選題的背景與意義寬窄行插秧是由農(nóng)藝專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，見報(bào)道的只有延吉插秧機(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20cm-40cm的插秧行距，但秧箱未能有效利用，尤其是采用20cm秧盤，與現(xiàn)有30cm秧盤不通用，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1-7，但由于寬窄行分插機(jī)構(gòu)是一種空間機(jī)構(gòu)，栽植臂的作空間取秧和推秧運(yùn)動(dòng)，有必要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。1.1傳統(tǒng)行星輪系分插機(jī)構(gòu)(1)偏心齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)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)輪共軸。工作時(shí)，行星架轉(zhuǎn)動(dòng)，2個(gè)惰輪9(也稱中間輪)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8。(2)偏心鏈輪式分插機(jī)構(gòu)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9(3)橢圓差速分插機(jī)構(gòu)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2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。(4)正齒行星輪系分插機(jī)構(gòu)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10。(5)橢圓齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)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)11-12。1.2寬窄行行星系分插機(jī)構(gòu)(1)非勻速空間行星輪系寬窄行分插機(jī)構(gòu)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程，由圖1.3橢圓齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)1.推秧凸輪2.撥叉3.推秧彈簧4.載植臂5.推秧?xiàng)U6.秧爪7.行星架8.行星輪9.惰輪10.太陽(yáng)輪圖1.1偏心齒輪行星系分插機(jī)構(gòu)1.中心橢圓齒輪2、3.中間橢圓齒輪4、5.中間圓齒輪6、7.行星圓齒輪圖1.2正齒行星輪系分插機(jī)構(gòu)3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。1.右行星齒輪2.右中間斜齒輪，3.右中間非圓錐齒輪，4.右太陽(yáng)輪圖1.4非勻速空間行星輪系分插機(jī)構(gòu)(2)圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機(jī)構(gòu)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，并通過凸輪7擠壓彈簧12收回，準(zhǔn)備取秧和下次推秧。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.3.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)目前國(guó)內(nèi)對(duì)于分插機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的普遍做法是首先建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，主要是寬窄行分插機(jī)構(gòu)秧針尖點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移方程；再通過UG軟件建立虛擬樣機(jī)模型，使用仿真軟件ADAMS對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析，計(jì)算出機(jī)構(gòu)對(duì)于整體轉(zhuǎn)動(dòng)中心的不平衡量，再通過增加配重質(zhì)量或去掉部分質(zhì)量的方法，使得機(jī)構(gòu)達(dá)到整體的動(dòng)平衡。其次是建立動(dòng)力學(xué)模型，通過ANSYS和ADAMS的聯(lián)合仿真分析計(jì)算出機(jī)構(gòu)何處應(yīng)力最大，再通過ANSYS的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。聯(lián)合仿真分析的方法和虛擬樣機(jī)的仿真技術(shù)也是未來發(fā)展的趨勢(shì)。1.中心軸2.太陽(yáng)輪3.行星架4.中間輪5.中間軸6.行星輪7.凸輪8.行星軸9.圓柱凸輪10.滑塊11.栽植臂殼體12.彈簧13.推秧?xiàng)U14.秧針15.撥叉圖1.5圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機(jī)構(gòu)41.3.2機(jī)構(gòu)平衡的主要方法1.完全平衡法完全平衡是機(jī)構(gòu)的總慣性力恒為零。主要包括：利用對(duì)稱機(jī)構(gòu)平衡，利用平衡質(zhì)量平衡等方法。但是這種方法在結(jié)構(gòu)上受到限制，會(huì)使整個(gè)機(jī)構(gòu)的體積或質(zhì)量大大增加，因此實(shí)際中很少或僅在特定條件下采用這種方法，而是采用部分平衡法13。2.部分平衡法部分平衡僅平衡掉一部分慣性力，平衡后仍有殘余的不平衡慣性里存在。主要方法包括：利用幾套相似機(jī)構(gòu)，利用齒輪平衡機(jī)構(gòu)，利用柔性配重和在曲柄上加平衡質(zhì)量等。每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，加平衡質(zhì)量法因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，平衡效果合適，所以應(yīng)用較為廣泛。1.3.3機(jī)構(gòu)動(dòng)平衡研究趨勢(shì)迄今為止，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者在機(jī)構(gòu)的動(dòng)平衡方面做了很多研究，也嘗試了很多方法。最常用的方法是配重平衡法，其中關(guān)于平衡系數(shù)K值的選取，有很多不同的原則，但是，不管怎樣，最終都只能得到慣性力的部分平衡，只是優(yōu)化的效果不同而已。要想更好的平衡慣性力，采用平衡機(jī)構(gòu)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，也有很大的發(fā)展空間，可以設(shè)計(jì)出很多不同的平衡機(jī)構(gòu)，例如柔性配重機(jī)構(gòu)，雖然尚不能應(yīng)用于實(shí)際，但其想法很新，如果多加研究，會(huì)有成果的。此外采用現(xiàn)代高度發(fā)達(dá)的軟件技術(shù)，可以加快實(shí)驗(yàn)研究的進(jìn)程，能處理很多復(fù)雜的計(jì)算，可以動(dòng)態(tài)的反映機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是很好的輔助方法。雖然國(guó)內(nèi)外的研究成果很多，但是還有很多問題沒有解決，今后的研究會(huì)朝更多方面進(jìn)行，諸如考慮運(yùn)動(dòng)副的摩擦和間隙，構(gòu)件的彈性，構(gòu)件質(zhì)量的分布狀況，平衡質(zhì)量塊的安裝等因素對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響，由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在機(jī)構(gòu)上的廣泛應(yīng)用，影響了目前很多機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能，要解決這些問題，還需要我們?nèi)プ龊芏嘌芯俊?.4寬窄行分插機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的意義通過窄