基于ADAMS的寬窄行分插機構(gòu)動力學(xué)分析開題報告.doc

浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告班級09級機械類4班姓名董天林課題名稱基于ADAMS的寬窄行分插機構(gòu)動力學(xué)分析開題報告目錄1選題的背景與意義1.1傳統(tǒng)行星系分插機構(gòu)1.2寬窄行行星系分插機構(gòu)1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.4寬窄行分插機構(gòu)動力學(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研究工作計劃參考文獻(xiàn)（開題報告全文附后）成績：答辯意見答辯組長簽名：年月日系主任審核意見簽名：年月日1基于ADAMS的寬窄行分插機構(gòu)動力學(xué)分析董天林(09級機械類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。目前國內(nèi)插秧機用分插機構(gòu)都是等行距(30cm)形式，見報道的只有延吉插秧機制造有限公司和黑龍江農(nóng)業(yè)機械研究所研制了一種寬窄行插機，采用等行距插秧用的曲柄搖桿式分插機構(gòu)，只是在分插機構(gòu)和秧箱的布置上做了一定的改進(jìn)。實現(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，機器不成熟，限制了機器的推廣。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構(gòu)，并進(jìn)行了機構(gòu)運動學(xué)的分析和參數(shù)優(yōu)化1-7，但由于寬窄行分插機構(gòu)是一種空間機構(gòu)，栽植臂的作空間取秧和推秧運動，有必要對機構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析。1.1傳統(tǒng)行星輪系分插機構(gòu)(1)偏心齒輪行星系分插機構(gòu)偏心齒輪行星系分插機構(gòu)由日本率先發(fā)明，并在中國申報專利。該機構(gòu)如圖1.1所示，共有9個半徑相同的偏心齒輪，太陽輪10固定不動，兩邊對稱布置2對齒輪，栽植臂4固定在行星輪8上，行星架7與太陽輪共軸。工作時，行星架轉(zhuǎn)動，2個惰輪9(也稱中間輪)繞太陽輪轉(zhuǎn)動，帶動2個行星輪在周期內(nèi)擺動，栽植臂隨行星架的圓周運動和隨行星輪作相對于行星輪軸的擺動，構(gòu)成了特殊的運動軌跡，可滿足秧爪軌跡和姿態(tài)的要求。偏心齒輪行星系分插機構(gòu)與非圓齒輪行星系分插機構(gòu)相比較有加工簡單的優(yōu)點，但齒隙變化引起振動，需增加防振裝置，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。中國學(xué)者也對該機構(gòu)進(jìn)行了研究和改進(jìn)，在對該機構(gòu)進(jìn)行運動分析的基礎(chǔ)上，用解析法建立了該分插機構(gòu)的運動學(xué)模型8。(2)偏心鏈輪式分插機構(gòu)偏心鏈輪式分插機構(gòu)采用5個偏心鏈輪，利用傳動比變化實現(xiàn)分插機構(gòu)的傳動要求。偏心鏈輪分插機構(gòu)的傳動部分產(chǎn)生效果，與偏心齒輪、橢圓齒輪分插機構(gòu)相同。不同之處在于偏心鏈輪分插機構(gòu)沒有中間輪，取而代之的是兩個等徑偏心鏈輪的傳動比變化來實現(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)橢圓差速分插機構(gòu)橢圓差速分插機構(gòu)在一個回轉(zhuǎn)的殼體里(相當(dāng)于輪系機構(gòu)的行星架)安裝3個全等的橢圓齒輪，3個橢圓齒輪的回轉(zhuǎn)中心均在橢圓齒輪的交點上且相位相同，并支撐在殼體上，栽植臂上秧爪輸出的絕對運動為隨殼體的平動和繞行星輪軸心的不等速轉(zhuǎn)動的合成，從而使秧爪2獲得適于分秧、插秧的運動軌跡。另外，在栽植臂上附加推秧機構(gòu)，其作用是插秧時將秧苗準(zhǔn)確推入土壤中。(4)正齒行星輪系分插機構(gòu)正齒行星輪系分插機構(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)的一對栽植臂，一方面隨著行星架作圓周運動，另一方面隨著行星圓齒輪相對行星架作非勻速轉(zhuǎn)動，在這兩種運動的復(fù)合下，秧爪按要求的姿態(tài)(角位移和軌跡)運動，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構(gòu)橢圓齒輪行星系分插機構(gòu)如圖1.3所示。其傳動部分由5個全等的橢圓齒輪、行星架和2個栽植臂組成。中央橢圓齒輪I(也稱太陽輪)與機架固定，在起始位置，5個橢圓齒輪長軸在一條直線上，行星架轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為，2個中間齒輪(也稱惰輪)繞太陽輪轉(zhuǎn)動，帶動2個行星輪(齒輪III)在周期內(nèi)擺動，行星輪與栽植臂一體，栽植臂上各點(包括秧爪尖)作復(fù)合運動：行星輪軸隨行星架的圓周運動(牽連運動)和隨行星輪作相對于行星輪軸的擺動(相對運動)，構(gòu)成了特殊的運動軌跡。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平臺上開發(fā)出人機交互參數(shù)優(yōu)化軟件，分析了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對運動軌跡和優(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構(gòu)(1)非勻速空間行星輪系寬窄行分插機構(gòu)非圓錐齒輪行星輪系分插機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，主要由太陽輪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，太陽輪固定不動，隨著殼體的轉(zhuǎn)動將帶動中間輪和行星輪轉(zhuǎn)動，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構(gòu)1.推秧凸輪2.撥叉3.推秧彈簧4.載植臂5.推秧桿6.秧爪7.行星架8.行星輪9.惰輪10.太陽輪圖1.1偏心齒輪行星系分插機構(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構(gòu)3于非圓錐齒輪的存在，秧爪尖點的運動軌跡為空間軌跡。1.右行星齒輪2.右中間斜齒輪，3.右中間非圓錐齒輪，4.右太陽輪圖1.4非勻速空間行星輪系分插機構(gòu)(2)圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機構(gòu)圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機構(gòu)原理如圖1.5所示，機構(gòu)由變速傳動部件和栽植臂組成，其變速傳動部件有5個全等的變性橢圓齒輪，太陽輪2與機架固結(jié)，中心軸1帶動行星架3及兩個中間輪4和兩個行星輪6轉(zhuǎn)動，兩個中間輪4和太陽輪2嚙合產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，并分別帶動對應(yīng)的行星輪6相對行星架3轉(zhuǎn)動；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相對行星架3轉(zhuǎn)動作為動力，驅(qū)動栽植臂11在旋轉(zhuǎn)的同時相對行星架3橫向移動，形成一空間軌跡，推秧桿13在凸輪7、撥叉15和彈簧12組成的凸輪機構(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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.3.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀與趨勢目前國內(nèi)對于分插機構(gòu)動力學(xué)分析的普遍做法是首先建立機構(gòu)運動學(xué)模型，主要是寬窄行分插機構(gòu)秧針尖點的相對運動位移方程；再通過UG軟件建立虛擬樣機模型，使用仿真軟件ADAMS對模型進(jìn)行運動學(xué)分析和動力學(xué)分析，計算出機構(gòu)對于整體轉(zhuǎn)動中心的不平衡量，再通過增加配重質(zhì)量或去掉部分質(zhì)量的方法，使得機構(gòu)達(dá)到整體的動平衡。其次是建立動力學(xué)模型，通過ANSYS和ADAMS的聯(lián)合仿真分析計算出機構(gòu)何處應(yīng)力最大，再通過ANSYS的優(yōu)化設(shè)計對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。聯(lián)合仿真分析的方法和虛擬樣機的仿真技術(shù)也是未來發(fā)展的趨勢。1.中心軸2.太陽輪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.推秧桿14.秧針15.撥叉圖1.5圓柱凸輪滑移式寬窄行分插機構(gòu)41.3.2機構(gòu)平衡的主要方法1.完全平衡法完全平衡是機構(gòu)的總慣性力恒為零。主要包括：利用對稱機構(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，會使整個機構(gòu)的體積或質(zhì)量大大增加，因此實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：利用幾套相似機構(gòu)，利用齒輪平衡機構(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，加平衡質(zhì)量法因其結(jié)構(gòu)簡單，平衡效果合適，所以應(yīng)用較為廣泛。1.3.3機構(gòu)動平衡研究趨勢迄今為止，國內(nèi)外的學(xué)者在機構(gòu)的動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，采用平衡機構(gòu)是一個不錯的選擇，也有很大的發(fā)展空間，可以設(shè)計出很多不同的平衡機構(gòu)，例如柔性配重機構(gòu)，雖然尚不能應(yīng)用于實際，但其想法很新，如果多加研究，會有成果的。此外采用現(xiàn)代高度發(fā)達(dá)的軟件技術(shù)，可以加快實驗研究的進(jìn)程，能處理很多復(fù)雜的計算，可以動態(tài)的反映機構(gòu)的運動狀態(tài)，是很好的輔助方法。雖然國內(nèi)外的研究成果很多，但是還有很多問題沒有解決，今后的研究會朝更多方面進(jìn)行，諸如考慮運動副的摩擦和間隙，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機構(gòu)運動的影響，由于曲柄滑塊機構(gòu)在機構(gòu)上的廣泛應(yīng)用，影響了目前很多機器的運動和動力性能，要解決這些問題，還需要我們?nèi)プ龊芏嘌芯俊?.4寬窄行分插機構(gòu)動力學(xué)分析的意義通過窄