（优秀毕业全套设计）旋转式水稻钵苗移栽机构的设计（整套下载）

对该移栽机构设计出套消除齿隙装置，提高了机构取苗的成功率。

.本章小结阐述了水稻钵苗移栽机构的研究目的与意义介绍了水稻钵苗移栽机构国内外发展概况确定了椭圆不完全非圆齿轮行星轮系的水稻钵苗移栽方案介绍了本文的工作安排。

第二章旋转式水稻钵苗移栽机构的运动学分析.旋转式水稻钵苗移栽机构的工作原理椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构由两部分组成驱动部分和移栽臂，如图.所示为移栽机构的传动简图。

驱动部分是个非匀速间歇传动行星轮系机构，该机构由个全等的椭圆齿轮个不完全非圆齿轮个凸锁住弧和个凹锁住弧组成，其中不完全非圆齿轮与凸锁住弧固接，中间椭圆齿轮与凹锁止弧固接，中间椭圆齿轮与凹锁止弧固接。

不完全非圆齿轮的旋转中心为，个中间椭圆齿轮的旋转中心分别为和，个行星椭圆齿轮的旋转中心分别为。

驱动部分工作时，不完全非圆齿轮即太阳轮固定不动，行星架顺时针绕点转动，中间椭圆齿轮以侧齿轮结构为例随行星架起运动，绕点旋转与不完全非圆齿轮啮合，实现非匀速传动，行星椭圆齿轮简称行星轮与中间椭圆齿轮啮合，实现非匀速传动。

中间椭圆齿轮转到不完全非圆齿轮的无齿部分时，则由固接在不完全非圆齿轮上的凸锁住弧与固接在中间椭圆齿轮上的凹锁住弧配合，锁止弧配合期间中间椭圆齿轮行星椭圆齿轮相对齿轮盒即行星架静止，实现机构的间歇传动。

行星轴的端伸出齿轮盒外，通过固定销与对移栽臂固结，移栽臂随行星轮起作非匀速间歇转动。

移栽臂的结构简图如图.所示，凸轮固定在齿轮盒上，移栽臂内弹簧座推秧杆推秧爪固接。

通过凸轮的推程曲线带动拨叉向上摆动，拨叉推动弹簧座压紧弹簧，推秧杆带动推秧爪上移收紧对弹簧片，弹簧片闭合实现取秧到达推秧点时，凸轮与拨叉脱离，弹簧推动弹簧座带动推秧杆下移，推秧爪松开弹簧片实现推秧。

移栽臂弹簧片尖点在机构做间歇运动时形成轨迹，做非匀速运动形成段工作轨迹。

从图.的机构初始安装位置开始，当行星架转过不同的角度时，形成不同的工作段轨迹段为秧爪夹取钵苗的运动轨迹，段为秧爪持苗轨迹，到达点推秧，段轨迹为回程阶段，即秧爪在释放钵苗后保持张开的状态，准备下次取苗以上三段轨迹组成水稻钵苗移栽所要求的整个取苗与推秧工作轨迹。

.运动学分析符号及相关说明表.运动学分析符号说明符号意义备注符号意义备注椭圆齿轮长半轴已知常量不完全非圆齿轮旋转中心到啮合点的距离变量椭圆齿轮短半轴已知常量中间椭圆齿轮旋转中心到啮合点的距离变量椭圆齿轮半焦距已知常量中间椭圆齿轮旋转中心到啮合点的距离变量椭圆齿轮短长轴之比已知常量行星椭圆齿轮旋转中心到啮合点的距离变量行星架与的夹角已知常量时刻行星架转过的角位移已知变量行星架即齿轮盒的初始角位移已知常量行星椭圆齿轮中心和秧爪尖点之间的连线与行星椭圆长轴间的夹角已知常量不完全非圆齿轮有齿部分节曲线所对应的圆心角已知变量中间轮相对行星架角位移变量行星椭圆齿轮旋转中心到秧针尖点的距离已知常量行星椭圆齿轮相对行星架角位移变量为了方便下面运动学的分析，将机构涉及到的相关变量和常量列于表本文椭圆不完全非圆齿轮运动学分析的相关规则说明坐标方向的设定采用右手坐标系。

在三角函数计算过程中，根据右手坐标系建立各三角函数之间关系以及判断各运动参数的矢量方向。

角位移的设定角位移规定以轴为起始边，逆时针方向为正，顺时针为负。

.椭圆齿轮不完全非圆齿轮传动特性分析椭圆齿轮不完全非圆齿轮节曲线模型建立椭圆齿轮与不完全非圆齿轮啮合实现的非匀速间歇传动是移栽机构轨迹形成的关键组成部分。

图.为椭圆齿轮与不完全非圆齿轮啮合关系图，其中椭圆齿轮与凹锁住弧固接在起，不完全非圆齿轮与凸锁住弧固接，假定不完全非圆齿轮固定不动，椭圆齿轮围绕不完全非圆齿轮顺时针旋转实现啮合传动，为椭圆齿轮与不完全非圆齿轮的啮合点。

不完全非圆齿轮的节圆半径为，椭圆齿轮的节圆半径为，凸锁住弧的半径为圆心角为.不完全非圆齿轮有齿部分的节圆曲线对应的圆心角为.从图.的初始位置开始，椭圆齿轮开始运动，当椭圆齿轮围绕不完全非圆齿轮顺时针转过的的角度小于等于时图.为等于时的状态，椭圆齿轮相对行星架转过的角度.当行星架顺时针转过的角度大于时如图.，椭圆齿轮相对行星架开始转动。

设椭圆齿轮与不完全非圆齿轮的啮合点到椭圆齿轮旋转中心的距离为，可得出如下公式式中的变化范围为从到.由椭圆齿轮与不完全非圆齿轮啮合关系可知，当行星架转过时，椭圆齿轮相对行星架转过，即可得出如下关系式式中不完全非圆齿轮与椭圆齿轮的中心距变化范围为从到把式代入式中，可得由椭圆齿轮与不完全非圆齿轮的啮合关系可知，椭圆齿轮的节圆曲线弧长与不完全非圆齿轮有齿部分的节圆曲线弧长相等，椭圆齿轮相对行星架顺时针转过角度时，不完全非圆齿轮相对行星架逆时针转过，即利用数值积分分可求出，求解的程序框图如图.所示，.，图.求解的程序框图把式代入式中式中，利用反三角函数可求得把式代入式中，可求得关于的表达式式中从变化到.如图.的椭圆齿轮与不完全非圆齿轮的初始位置，利用几何关系方程，可求出凹锁住弧所对的圆心角为式中凸锁止弧的半径凹锁止弧的最长边的长度为传动比分析如图.所示，不完全非圆齿轮有齿部分为非圆节曲线，椭圆齿轮为与不完全非圆齿轮共轭的椭圆节曲线。

不完全非圆齿轮固定，行星架的角位移，瞬时角速度为椭圆齿轮为从动轮，相对行星架的转角为，瞬时角速度为。

初始位置时。

为主动轮不完全非圆齿轮与从动轮椭圆齿轮的啮合点。

设两齿轮传动的传动比为，由传动规律可知由初始位置开始，不完全非圆齿轮与椭圆齿轮的传动比可表示为当及时，传动比达到最小值当时，传动比达到最大值由的表达式可知，是关于以为周期的周期函数。

影响的参数为，和，下面分别改变其中个参数，分析其对的影响。

分析对的影响取的变化范围为从到，如图.所示。

当时，传动比比较大，非匀速传动比较明显，随着的增加，传动比整体减小，且随的周期变化变得平缓。

分析对的影响取的变化范围为从到，如图.所示。

当时，传动比比较小，随着的增加，传动比整体增大，且随的变化的传动比的周期变化变得陡峭，非匀速传动明显。

分析对的影响取的变化范围为从到，如图.所示。

当时，传动比比较大，周期变化比较陡峭，非匀速传动明显，随着的增加，传动比整体减小，且随的变化的传动比的周期变化变得平缓，当时，传动比成了条直线，变成了两个圆柱齿轮的匀速传动。

.椭圆齿轮传动特性分析在椭圆不完全非圆齿轮机构的传动过程中，椭圆齿轮之间的非匀速啮合传动是形成移栽轨迹的关键所在，因此，引用了椭圆齿轮间的啮合特性。

椭圆齿轮节曲线模型建立如图.所示，齿轮与齿轮是对参数完全致的椭圆齿轮，分别以本身的焦点为中心相互啮合转动。

椭圆齿轮与椭圆齿轮的转动中心分别为节圆的焦点，即均为椭圆齿轮轴心。

在如图.初始位置时，椭圆齿轮和椭圆齿轮长轴在同直线上，椭圆齿轮的半径达到最大值，同时，椭圆齿轮的半径为最小值。

椭圆齿轮与椭圆齿轮的啮合点到中间轮椭圆齿轮转动中心的距离在之间变化用极坐标方程表示，则有在之间变化传动比分析以水平线为始边，椭圆齿轮主动轮以角速度顺时针绕转动，带动椭圆齿轮从动轮以角速度逆时针绕转动实现非匀速传动。

如图.所示，当主动椭圆齿轮转过角度时，则从动椭圆齿轮转过的角度为。

令两齿轮的传动比为，由齿轮传动的知识可推导出把式式代入上式中，可得如图.所示，的变化范围为从到。

当时，传动比比较大，周期变化比较陡峭，非匀速传动明显，随着的增加，传动比整体减小，且随的变化的传动比的周期变化变得平缓，当时，传动比成了条直线，变成了全等两个圆柱齿轮的匀速传动。

.椭圆不完全非圆齿轮行星轮系移栽机构运动学模型的建立位移方程本论文的椭圆齿轮不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构是对称结构，其工作过程包括四个阶段取秧持秧推秧回程。

现以侧为例进行运动学模型的建立，如图.所示，该侧机构包括个不完全非圆齿轮个全等的椭圆齿轮个凸锁住弧个凹锁住弧以及个移栽臂，以不完全非圆齿轮的中心为坐标原点，建立坐标.移栽机构的已知常量为已知变量为行星架角位移为.如图.所示为机构的初始位置，在图.行星架从初始位置开始转过角度时其相对于初始边顺时针转动为负，机构的运动位置状态。

设机构初始位置时方向轴为行星架转初始边，不完全非圆齿轮固定不动，行星架从初始位置开始绕点做顺时针匀速转动。

因为行星架在点处有个弯折角，根据式中的表达式，可求出图.初始位置的表达式为在之间变化用极坐标方程表示，则有在之间变化把式中表示的代数式代入式中式中，在初始位置时，即，时，可求出.中间椭圆齿轮旋转中心的位移为行星椭圆齿轮旋转中心位移为秧爪尖点的位移速度分析已知机构的行星架顺时针匀速转动，即角速度为常数。

由不完全非圆齿轮与椭圆齿轮的传动比表达式，及齿轮传动中半径与速度的关系，可求出图.移栽机构中间椭圆齿轮相对行星架的角速度表达式同理，由半径和速度的关系可得行星椭圆齿轮相对行星架的角速度由式对时间求导得中间椭圆齿轮旋转中心的速度方程为由式对时间求导得行星椭圆齿轮旋转中心的速度方程为由式对时间求导得秧针尖点的速度方程为加速度分析加速度是单位时间内速度的增量，用来表示速度变化的快慢。

要求解加速度，可以通过在速度的基础上对时间求导数。

通过式，对时间求导得行星椭圆齿轮相对行星架的角加速度通过式，在速度的基础上对时间求导数，得到中间椭圆齿轮旋转中心的加速度方程通过式，在速度的基础上对时间求导数，得到行星椭圆齿轮旋转中心的加速度方程通过式，在速度的基础上对时间求导数，得到取苗针尖点的加速度方程.本章小结对椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的工作原理进行了介绍，对机构中涉及的运动学分析参数进行了说明分析了椭圆与不完全非圆齿轮椭圆齿轮与椭圆齿轮的传动特性，并分析了相关参数对传动比的影响建立了机构的位移速度，加速度模型，为软件的开发奠定了基础。

第三章旋转式水稻钵苗移栽机构辅助分析与优化软件的运用根据第二章建立的椭圆不完全非圆齿轮运动学模型，可知该移栽机构的非匀速间歇传动的运动学优化是个复杂多目标优化问题，且各个优化目标之间具有非线性强耦合性和模糊性等特点。

普通的多目标优化方法不能很好的解决该移栽机构的运动学优化问题，即无法找出移栽机构各结构参数的合理组合，达到机构的工作要求。

本文应用.编程平台，把已经建立的运动学方程编成程序代码，开发了椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的辅助分析与优化软件，利用.的可视化功能使移栽机构的运动直观实时的显示，通过改变机构的结构参数，移栽轨迹能够得到相应的调整，为移栽机构的参数优化奠定了基础。

.优化软件的运用思路椭圆不完全非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构的多目标参数优化具有非线性交互性模糊性等特点，如果要对比较复杂的问题进行优化，通常可选择运用惩罚函数的方法进行求解分析。

在惩罚函数的方程式中惩罚因子的确定是关键，由于在水稻钵苗移栽机构应用中，惩罚因子不能确定，如果取值过大会使函数过早收敛于非极值点，但取值过小则函数收敛性较差。

当然还有其他的些解决复杂优化问题的方法，例如遗传算法模拟退火神经网络算法等，但