一種插秧機株距調(diào)整變速箱設(shè)計【含圖紙】

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外 文 翻 譯 畢業(yè)設(shè)計題目：一種插秧機株距調(diào)整變速箱設(shè)計 原文1： Development of a mechanism for transplanting rice seedlings 譯文1：水稻幼苗移植裝置的發(fā)展 原文2： Detecting cracks in the tooth root of gears 譯文2： 齒輪齒根的裂縫檢測 水稻幼苗移植裝置的發(fā)展 作者：Edathiparambil Vareed Thomas 出處：Mechanism and Machine Theory 37 (2002) 395–410 摘要：幼苗移植是水稻種植中的一種勞動密集型操作。它是一種需要技能的工作，涉及彎腰工作。人們有將這種操作機械化的需要。正是基于此目的，一種機械裝置的設(shè)計根據(jù)分析合成方法已經(jīng)開始實施。一個平面四桿機構(gòu)與耦合器擴展被選為基本的設(shè)計。由機械裝置產(chǎn)生的路徑被繪制在電腦屏幕上。通過改變機械裝置中各個桿的尺寸規(guī)格來獲得各耦合點的輸出運動的運動軌跡。依據(jù)拾取路徑（輸送和種植幼苗以及返回運動的軌跡）的適度性確定連桿的尺寸規(guī)格。一個使用以上機械裝置和優(yōu)化種植曲線的四列自行式插秧機就被制造出來并加以測試。該機械裝置的移植系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的。 1 介紹 印度主要是一個農(nóng)業(yè)大國,水稻是主要的糧食作物。它每年生產(chǎn)大約8000萬噸大米,這是世界上大約22%的稻米生產(chǎn)。從文化方面來講，將生長20至35天的幼苗移植到水田中比直接種植要好。由于更好的作物管理實踐前者能帶來更高的產(chǎn)量。水稻移植需要大量的人手，而且這是一項非常艱辛的工作，它需要勞動者彎腰工作，并且在泥濘的水田里移動。因此，這是一項需要機械化的活動。機械化移栽有利于水稻生產(chǎn)的后續(xù)活動也得以機械化。這種早已在日本和韓國時間成功的機器可能不會被印度采用，主要是因為經(jīng)濟條件約束以及這個國家主流文化的影響。 命名法 曲柄AB長度 耦合器長度 隨動桿長度 固定桿長度 耦合器的擴展連桿長度 F點的X軸坐標(biāo) F點的Y軸坐標(biāo) 固定桿的傾斜角度 耦合器和從動桿之間的夾角 耦合器夾角 從動桿夾角 數(shù)學(xué)常數(shù)，3.14… 曲柄夾角 耦合器和耦合器擴展之間的夾角 操作機械移植系統(tǒng)可能被可視化為如下（圖1）。 l 幼苗被堆放在一個托盤。 l 一個被合適機構(gòu)操作的機械手從托盤中拾取秧苗。 圖1 一個機械水稻插秧機的示意圖 l 秧苗被帶到土壤然后以直立的姿勢被插入恰當(dāng)?shù)纳疃取? l 機械手回到它的原始位置以便重復(fù)剛才的進程。 l 機器向前移動到另外一個位置繼續(xù)種植。 在目前的研究中，一種機械裝置被設(shè)計完成水稻幼苗移植。該機械裝置被大約40轉(zhuǎn)的發(fā)動機驅(qū)動。插秧機的行走驅(qū)動也是應(yīng)用同樣的發(fā)動機。插秧機輪子和種植機構(gòu)曲柄之間的速度比例取決于秧苗間的距離。 1.1 動力操作插秧機中種植機構(gòu)的設(shè)計 有匿名者的文章[1]指出大多數(shù)動力操作插秧機的種植裝置可以被劃分為四連桿機構(gòu)的曲柄搖桿機構(gòu)。作為裝置中連接桿的一部分的種植手指，會將幼苗從幼苗托盤中分離出來然后種植在土壤中。種植手指所走過的曲線可能會對幼苗種植的穩(wěn)定性有一定的影響。種植裝置的運動分析對于理解它的操作及進一步提高其性能是必不可少的。 1.2 裝置設(shè)計 Erdman和Sandor[2]指出大多數(shù)機械裝置任務(wù)要求單一的輸入被轉(zhuǎn)換為單一的輸出。因此，單自由度的機械裝置是被應(yīng)用最頻繁的形式。Shigley[6]指出Grubler的標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)心機械裝置中連桿的數(shù)量以及運動對的數(shù)量和種類。它可以用來決定機械裝置的自由度。Erdman和Sandor[2]指出分析技術(shù)可以在測試和錯誤設(shè)計中用來取代昂貴和耗時的物理樣機的構(gòu)建和測試。分析技術(shù)一般形成合成方法的基礎(chǔ)部分。Norton[4]指出四連桿機構(gòu)應(yīng)該是解決被探討的運動控制問題的首要考慮的方法之一。能夠完成工作的部件越少，通常是最廉價，最可靠的解決方案。Norton[4]指出格拉曉夫條件可以作為一個非常簡單的關(guān)系，它可以基于連桿長度預(yù)測四連桿機構(gòu)的運動。Zimmerman[7]指出如果在四連桿機構(gòu)中有一根桿的長度比其它三根桿的長度之和都要長，那這個四連桿機構(gòu)是不能運動的。Hirschhorn[3]指出在四連桿機構(gòu)中，截然不同類型的機構(gòu)可以通過反演而得到。曲柄搖桿機構(gòu)可以通過固定與最短鏈路成對的兩個鏈接之一而得到。Paul[3]建議可以使用的Newton-Raphson方法可以用于解決非線性方程組，這種方程組被用來解決四連桿機構(gòu)的位置問題。Zimmerman[7]認為四連桿鏈可以為一個基本機構(gòu)設(shè)計問題提供的解決方案是找到四連桿機構(gòu)的耦合點，它可以近似地描述所需要尋找的軌跡。 2 方法 在機械插秧機中，機械手指按照所需路徑運動。選用轉(zhuǎn)動副平面四連桿機構(gòu)，因為其簡單，所以由其構(gòu)成的機械裝置容易維護且制造成本最少。輸入運動施加到曲柄從而使運動連續(xù)旋轉(zhuǎn)。輸出運動遵循一個合適的路徑從而滿足下面指出的插秧機要求。該機械裝置應(yīng)該有一個自由度和一個能夠不斷循環(huán)運動地耦合點。種植手指將被裝在耦合點處。 2.1擬議的種植機構(gòu)輸出運動要求 （1）幼苗能從被放置的托盤中取出。托盤上設(shè)有槽以便取苗器不間斷地運動。在向下行進期間，取苗器能夠?qū)⒀砻缛〕霾У酵寥馈? （2）秧苗能夠被種植到期望的深度。 （3）秧苗能夠被近似之力的種植。允許有30度的偏差。 （4）種植完成后取苗器能夠回到初始位置。在返回運動中，取苗器不能影響已經(jīng)被種植的秧苗。在種植結(jié)束時取苗器運動速度的逆向回轉(zhuǎn)有助于實現(xiàn)這一要求。 （5）在返回運動中，取苗器經(jīng)過的路徑必須不能干涉托盤。這是為了防止任何可能的干擾在托盤中布置好的幼苗。因此，前行運動和返回運動必須是不同的路徑。 （6）取苗器在運動過程中必須不能與機械的其它裝置發(fā)生干涉。 （7）機械裝置的部件必須與田地之間有恰當(dāng)?shù)拈g隙以使在這些部件上的土壤積累量最少。拾取點離土壤必須有恰當(dāng)?shù)母叨纫员阌酌缤斜P與水田之間有恰當(dāng)?shù)拈g隙。 （8）在機器以恒定的速度向前移動的過程中，種植循環(huán)必須是連續(xù)的。 齒輪齒根的裂縫檢測 作者：Ales Belsak , Joze Flasker 出處：Engineering Failure Analysis 14 (2007) 1466–1475 摘要：齒輪齒根的裂縫對齒輪單元是最不希望的破壞形式，它經(jīng)常導(dǎo)致齒輪單元運作的失敗。齒輪單元的一種可能破壞形式可以通過檢測振動來加以鑒別。與此相關(guān)，不同的時間信號分析方法就產(chǎn)生了。信號通過實驗獲得。輪齒剛度的顯著變化是由于齒根的疲勞裂紋的產(chǎn)生。隨之而產(chǎn)生的，破損齒輪的動態(tài)響應(yīng)與未損齒輪是不同的。通過頻率分析，時間信號的振幅隨時間頻率分析以頻譜的頻率函數(shù)形式呈現(xiàn)。 1 介紹 將技術(shù)系統(tǒng)（齒輪單元）維持在最合適的工作環(huán)境是保養(yǎng)的目標(biāo)；它的目的是發(fā)現(xiàn)，診斷，預(yù)測，阻止，預(yù)測以及消除破壞。然而，現(xiàn)代保養(yǎng)的目的，不僅僅是為了消除破壞，也是為了定義系統(tǒng)操作突然發(fā)生故障的潛在危險的階段。診斷在于判斷系統(tǒng)當(dāng)前的環(huán)境以及位置，破壞的形狀及原因。下面的診斷評價方法常用于確定不正確的操作方法，破壞的可能性及位置以及消除這些破壞的可能性：不同的信號，條件參數(shù)以及其它間接的信號。損害的形式從完好的齒輪系統(tǒng)的偏差形式的基礎(chǔ)上確定。 2 模擬和裂紋構(gòu)成 齒輪直接嚙合區(qū)域的激發(fā)來產(chǎn)生于以下內(nèi)部來源：齒輪開始嚙合時的影響，齒剛度，參數(shù)激勵，齒和軸承及軸變形的幾何偏差[1]。齒根的疲勞裂紋會導(dǎo)致輪齒剛度的顯著變化；其動態(tài)響應(yīng)與未損齒輪的是不同的。動態(tài)測試??的機器的機械元件用于形成兩個不同齒輪中小齒輪齒根的裂紋。兩條裂紋的長度是4.5毫米（圖1）和1.1毫米。 動態(tài)測試（形成預(yù)期裂紋長度所需要的恰當(dāng)?shù)脑诤鸵约凹虞d周期的數(shù)量）的參數(shù)由采用的有限元方法（FEM）決定。有限元分析的目的在于與真實疲勞裂紋的實際產(chǎn)生掛鉤。由Glodez[2]提出的模型是有用的。這一模型使監(jiān)測齒輪單元關(guān)于裂紋尺寸的壽命成為可能。通過有限元方法獲得的結(jié)果使得確定對于裂紋長度非常重要的循環(huán)次數(shù)成為可能。 對于真正的直齒圓柱齒輪的使用壽命的計算測定，表1中給出了完整的數(shù)據(jù)集。齒輪采用高強度合金鋼16MnCr5（含有0.16%的碳，1.15%的錳，1.15%的鉻，0.25%的硅）制成，楊氏模量E=2.1*105MPa，泊松比v=0.3。齒輪材料熱處理如下：加熱到810攝氏度，維持2分鐘；在油中淬硬3分鐘；保持180攝氏度2小時。 在疲勞裂紋萌生過程中， MSC/FATIGUE有限元程序代碼框架下的應(yīng)變壽命方法被運用，其目的是為了確定裂紋萌生所需要的應(yīng)力循環(huán)數(shù)。基于齒輪數(shù)據(jù)和材料性能的有限元模型被構(gòu)建為在平面應(yīng)變條件下的齒輪齒根應(yīng)力應(yīng)變場的數(shù)值計算。輪齒被施加正常的嚙合力，它作用于單齒接觸的外點。計算分析齒根產(chǎn)生最大主應(yīng)力的點。 FRANC2D有限元程序包被用來進行疲勞裂紋擴展的數(shù)值模擬。初始裂紋垂直于表面，并放置在齒輪輪齒拉伸區(qū)的最大主應(yīng)力的點處。在數(shù)值計算中，假設(shè)初始裂紋對應(yīng)于閾值裂紋長度。 輪齒負荷等于數(shù)值分析得到的疲勞裂紋萌生時的負載。在圖2中展示了由數(shù)值方法確定的齒輪根部的裂紋擴展路徑。 根據(jù)裂紋的萌生（Ni）和裂紋擴展(Np)計算結(jié)果，有可能獲得齒輪齒根完整的壽命Nc。對于臨界裂紋長度為7.9毫米，載荷為700牛頓/毫米時，總的循環(huán)次數(shù)為3.87*107，而臨界裂紋長度為6.1毫米，載荷為900牛頓/毫米時，總的循環(huán)次數(shù)為4.62*106。 當(dāng)比較圖1和圖2時，可以清楚的看到，測試齒輪的裂紋擴展方向與數(shù)值模擬中的結(jié)果是一樣的。依據(jù)為了獲得恰當(dāng)裂紋長度而由數(shù)值確定的載荷循環(huán)次數(shù)，為了獲得相應(yīng)結(jié)果所需要的時間成功建立起來。 圖1. 具有真實齒根疲勞裂紋的齒 表1處理后直齒圓柱齒輪數(shù)據(jù) 輪廓 漸開線 法向模數(shù) Mn=4mm 齒數(shù) Z=19 節(jié)圓壓力角 輪廓位移系數(shù) X=0.228 齒寬 B=23mm 圖2.齒輪齒根的預(yù)測裂紋擴展 在小齒輪的一個齒根部，真正的疲勞裂紋形成后（使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備對機械元件進行動態(tài)測試），然后齒輪被安裝在測試平臺上。因此，一個類似于嚙合時齒輪受力的疲勞載荷被加載上。在特定載荷F=700牛頓/毫米下，為了獲得4.5毫米的裂紋長度，載荷總共的循環(huán)次數(shù)為Nc=3.7*107，為了獲得1.1毫米的裂紋長度，載荷總共的循環(huán)次數(shù)為Nc=3.2*107。 3 測試裝置 下面是兩對直齒圓柱齒輪的振動測量方法。一對齒輪中有一個有疲勞裂紋而另一個沒有。測試在恒定載荷和振動下由加速度計直接測得，它被固定在外殼上。測試在功率測試裝置上進行。每一個齒輪單元包含了輪滲碳厚度為4毫米的直齒圓柱齒。小齒輪有19 個輪轂，34個齒。在[3]中齒輪進一步的數(shù)據(jù)可以利用。呈現(xiàn)的結(jié)果與一個名義上的小齒輪20Nm的轉(zhuǎn)矩和名義上的齒輪1200 rpm（20Hz）的轉(zhuǎn)速是相關(guān)的。在工業(yè)應(yīng)用中,對這種類型的齒輪單元，這是十分典型的載荷條件。實驗裝置方案如圖3. 輸入軸的旋轉(zhuǎn)頻率和轉(zhuǎn)矩由Mohile Steiger測量系統(tǒng)測量。固定在齒輪單元上的溫度傳感器用來測量齒輪重要部分的溫度。這些參數(shù)啟用齒輪單元的負載控制。在小齒輪軸承座上（在法蘭的中部），在徑向方向上進行測量加速度振動信號，以65.5的采樣頻率進行采樣。兩個振動信號從齒輪單元的殼體進行同時測量。用于此目的的兩個壓電加速度計以及ICP電源被用到。預(yù)制的螺紋鉆孔可以使兩個加速度計固定在齒輪單元的殼體上。信號由ICP供應(yīng)單元控制。除此之外，一個精度等級為6度的指示軸的角位置的測速信號被采用。國家儀器采集卡 圖3.實驗裝置方案 用于獲取這些信號，然后保存在個人電腦硬盤中。分析頻率上限為9KHz。雖然如此，它仍然包含最重要的嚙合諧波。