一種插秧機株距調(diào)整變速箱設計【含圖紙】

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浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）任務書 王鵬 同學（ 機械設計制造及其自動化專業(yè) /班級：09（4） ） 現(xiàn)下達畢業(yè)設計（論文）課題任務書，望能保質(zhì)保量地認真按時完成。 課題名稱 主要任務與 目標 主要內(nèi)容與基 本要求 主要參 考資料 及文獻 閱讀任務  一種插秧機株距調(diào)整變速箱設計 插秧機株距調(diào)整變速箱是其高速水稻插秧的底盤的一個重要裝置 ，作用是調(diào) 整插秧機插秧時的株距，以滿足農(nóng)藝的要求，該高速插秧機株距有 6 種，要求 設計的調(diào)速裝置重量輕，結(jié)構(gòu)簡單。 本課題是設計插秧機機械有級變速器 ，用于高速水稻插秧機的作業(yè) 。 該同學在本課題中主要任務是： 1） 研究插秧機株距調(diào)整變速箱的技術(shù)方案； 2） 設計插秧機株距調(diào)整變速箱 ，設計 7 個株距 25,21,18,17,14,12,11 （mm）； 目標： 提出的設計方案可行，結(jié)構(gòu)設計合理，完成的二維、三維圖紙滿足生產(chǎn)要求。 主要設計內(nèi)容有： 1）水稻機械化插秧的意義及發(fā)展 2）插秧機株距調(diào)整變速箱方案設計； 3）插秧機株距調(diào)整變速箱的結(jié)構(gòu)設計 ； 4）完成二維、三維圖紙； 基本要求：按照課題內(nèi)容，完成總體方案設計，完成三維、二維裝配圖和零件 圖，二維中 1 號圖紙 1 張，其他圖紙 12 張。 完成畢業(yè)設計要求的各種文檔，包括文獻綜述、開題報告、外文翻譯及畢 業(yè)設計論文等。 嚴格按照進度安排，保質(zhì)保量完成所承擔的任務；遵守實驗室規(guī)定。 查閱與課題有關的文獻（論文、書籍或手冊等 ）不少于 10 篇（部），寫出符 合要求的文獻綜述報告。主要參考文獻如下： [1] 陳建能，趙勻 .水稻插秧機分插機構(gòu)的研究進展 [J].農(nóng)業(yè)工程學報， 2003， 19(2)：23-27 [2] 農(nóng)業(yè)機械學（上冊）.北京農(nóng)業(yè)工程大學:高等教育出版社,1981 [3] 金梅，夏春華等 . 水稻直播機排種器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .中國農(nóng)機 化,2010,5:40-43 [4] 俞高紅，趙鳳芹，武傳宇，趙勻.正齒行星輪分插機構(gòu)的運動特性分析 [J]. 農(nóng)業(yè)機械學報，2004，35(6)：55-57、51. [5] 中國農(nóng)業(yè)年鑒編委會 .中國農(nóng)業(yè)年鑒 .北京 :中國農(nóng)業(yè)出版社， 1997:6-7， 21—22 [6] 張桐.世界農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料世界農(nóng)業(yè) .1997,6：62 [7] 黃鵬.變速器齒輪參數(shù)的選擇 .機械工程師,2006,1:147-148 [8] 王衛(wèi)榮、孫金升、汪國海 .參數(shù)化設計方法及其在齒輪設計上的應用 .機械 1 外文 翻譯任務 計劃進度：  工程師制造業(yè)信息化 ,2006,3:112-113 [9] 王昆、何小柏、汪信遠 .機械設計課程設計 .,北京.高等教育出版社,1996. [10] 濮良貴、紀名剛.機械設計.第七版.西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教 研室,高等教育出版社,2001. [11] 王知行、劉廷榮.機械原理，哈爾濱工業(yè)大學機械原理教研室 :高等教育出 版社、2002. [12] Ales Belsak , Joze Flasker . Detecting cracks in the tooth root of gears .Science Direct Engineering Failure Analysis.2007，1：130-136 [13] Tezcan Sekercioglu , Volkan Kovan . Pitting failure of truck spiral bevel gear .Science Direct Engineering Failure Analysis. 2007，14： 614–619 Development of a mechanism for transplanting rice seedlings Detecting cracks in the tooth root of gears 起止時間 2012.11.15~2012.12.10 2012.12.10~2012.12.31 2013.01.01 ~2013.01.05 2013.01.21~2013.03.01 2013.03.02~2013.03.28 2013.03.29~2013.04.11 2013.05.03~2013.05.10 2013.05.11~2013.05.24 2013.05.25~2013.05.29  內(nèi)容 調(diào)研、信息匯總，文獻查閱分析 外文翻譯、文獻綜述、開題報告，并熟悉理論力學、機械原理 等相關知識 提交開題報告、文獻綜述及外文翻譯，開題答辯 整體方案設計 移箱箱體等零部件的設計 三維 CAD 建模 完成并提交畢業(yè)論文 整理材料準備答辯 論文答辯 指導教師 實習地點 浙江理工大學 15 號樓 246 室 系主任簽名： 簽 名  主管院長簽名： 年 月 日 系 意 見  年 月 日 2 學院 蓋章  年 月 日 外 文 翻 譯 畢業(yè)設計題目：一種插秧機株距調(diào)整變速箱設計 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 F點的Y軸坐標 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?shù)纳疃取? l 機械手回到它的原始位置以便重復剛才的進程。 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 裝置設計 Erdman和Sandor[2]指出大多數(shù)機械裝置任務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用最頻繁的形式。Shigley[6]指出Grubler的標準是關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部分。Norton[4]指出四連桿機構(gòu)應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系，它可以基于連桿長度預測四連桿機構(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?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?shù)母叨纫员阌酌缤斜P與水田之間有恰當?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，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；它的目的是發(fā)現(xiàn)，診斷，預測，阻止，預測以及消除破壞。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致輪齒剛度的顯著變化；其動態(tài)響應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（形成預期裂紋長度所需要的恰當?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)建為在平面應變條件下的齒輪齒根應力應變場的數(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)的最大主應力的點處。在數(shù)值計算中，假設初始裂紋對應于閾值裂紋長度。 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?shù)脑O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)速是相關的。在工業(yè)應用中,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。 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 班 級 機械設計制造及其自動化 09 級（4）班 課題名稱 一種插秧機株距調(diào)整變速箱設計  姓 名  王鵬 開題報告（包括選題意義、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題、總體研究思路與可行性分析 ，預 期研究成果、研究工作計劃等內(nèi)容，非藝術(shù)類不少于 3000 字） 目錄 1 選題的背景與意義 1.1 水稻插秧機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2 插秧機株距調(diào)整變速箱研究意義 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 研究方案、可行性分析及預期研究成果 3.1 研究方案 3.1.1 傳統(tǒng)設計方法 3.1.2 現(xiàn)代設計方法 3.2 可行性分析 3.3 預期研究成果 4 研究工作計劃（進度安排） 參考文獻 （開題報告全文附后） 成績： 答 辯 意 見  （從選題、任務工作量、質(zhì)量預期、可行性等 幾個方面） 答辯組長簽名： 年 月 日  系 主 任 審 核 意 見  簽名： 年 月 日 一種插秧機株距調(diào)整變速箱設計 王鵬 （機械設計制造及其自動化 09 級（4）班 I09690128 ） 1 選題的背景與意義 水稻是我國最主要的糧食作物 ，因其種植面積大 、單位面積產(chǎn)量與總產(chǎn)量高 ， 在糧食生產(chǎn)中地位舉足輕重，而水稻種植的機械化是水稻生產(chǎn)的必然趨勢[1]。大 力發(fā)展水稻生產(chǎn)機械化 ，可以有效爭搶農(nóng)時 、抵御自然災害的影響 、確保和擴大 種植面積、提高水稻產(chǎn)量、節(jié)約生產(chǎn)成本[2]。 1.1 水稻插秧機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 水稻機械化插秧技術(shù)是繼品種和栽培技術(shù)更新之后進一步提高水稻勞動生 產(chǎn)率的又一次技術(shù)革命 。目前，世界上水稻機插秧技術(shù)已成熟 ，日本、韓國等國 家以及我國臺灣地區(qū)的水稻生產(chǎn)全面實現(xiàn)了機械化插秧。 國內(nèi)外較為成熟并普遍使用的插秧機 ，其工作原理大體相同 。發(fā)動機分別將 動力傳遞給插秧機構(gòu)和送秧機構(gòu) ，在兩大機構(gòu)的相互配合下 ，插秧機構(gòu)的秧針插 入秧塊抓取秧苗 ，并將其取出下移 ，當移到設定的插秧深度時 ，由插秧機構(gòu)中的 插植叉將秧苗從秧針上壓下，完成一個插秧過程。同時，通過浮板和液壓系統(tǒng) ， 控制行走輪與機體相對位置和浮板與秧針的相對位置，使插秧深度基本一致[3]。 水稻插秧種植方式主要集中在亞洲 ，目前國外生產(chǎn)插秧機的國家也全部在亞 洲，主要是日本和韓國 。日本是世界上水稻插秧機械化水平最高的國家 ，也是插 秧機械研究和制造水平最高的國家，插秧機技術(shù)和產(chǎn)品均處于領先地位。 日本插秧機產(chǎn)品已經(jīng)形成標準化、系列化和多樣化的格局。乘坐式有  3 至 10 行，步行式有 1、2、4、6 行,每種產(chǎn)品各具特色 ,適應于不同的環(huán)境條件和生 產(chǎn)規(guī)模，滿足不同用戶的需要 。日本種植單季水稻 ，普遍采用中、小苗旱育稀植 技術(shù)。插秧機行距為 300 和 330mm[4]。韓國生產(chǎn)的插秧機也有步進式和乘坐式兩 類，但型號比較單一，沒有形成系列。日本插秧機主要有下述五方面的特點： (1)結(jié)構(gòu)型式有乘坐式和步進式 2 大類。 (2)乘坐式插秧機有高速型和普通型 2 個品種。 (3)高速插秧機又細分為側(cè)重點不同的多個機型。 (4)耕整地與插秧聯(lián)合作業(yè)。 (5)多用途插秧機。 隨著國內(nèi)插秧機市場需求的啟動 ，未來發(fā)展前景廣闊 。我國很多企業(yè)都介入 插秧機的開發(fā)和生產(chǎn) ，國外的插秧機企業(yè)也改變過去單一的產(chǎn)品出口方式 ，紛紛 在我國建立獨資或合資企業(yè)進行插秧機生產(chǎn) ，國內(nèi)插秧機市場已經(jīng)形成國際化的 競爭局面。 近年來, 在國內(nèi)插秧機市場需求下 ，引進和自主開發(fā)的產(chǎn)品發(fā)展很快 ，已初 步克服了品種單一的缺陷。國內(nèi)插秧機行距為 240 和 300mm。主要有步行式 、乘 坐式和獨輪乘坐式 3 種類型。步行式插秧機和高速插秧機主要是合資企業(yè)的產(chǎn)品 , 國內(nèi)生產(chǎn)的主要是獨輪乘坐式插秧機 , 自主開發(fā)的步行式插秧機和高速插秧機 也進入了批量生產(chǎn)階段 。目前插秧機市場的競爭主要來自國外產(chǎn)品 ，韓國的技術(shù) 來自日本其產(chǎn)品價格比較低 ，而且進入我國市場的方式更為靈活 ，因此對我國市 場的沖擊很大[5]。 根據(jù)國外插秧機技術(shù)發(fā)展情況，插秧機的基本結(jié)構(gòu)形式不會有大的變化 ，將 來主要向著降低生產(chǎn)成本、提高作業(yè)效率的方向發(fā)展[6]。 （1）高速插秧機將是主導發(fā)展產(chǎn)品。從機型結(jié)構(gòu)來看，高速插秧機具有高 效率、高性能等優(yōu)勢 ，是未來的主要發(fā)展方向與主導發(fā)展產(chǎn)品 ；步進式插秧機由 于作業(yè)效率低、使用勞動強度大。市場占有率將逐步下降。 （2）少免耕作業(yè)和復合作業(yè)。插秧機從單一插秧作業(yè)向插秧的同時施肥、 鋪膜和少耕或免耕插秧等復式作業(yè)方向發(fā)展。 （3）發(fā)展多功能插秧機底盤。插秧機底盤將向水田多功能通用底盤方向發(fā) 展， 以提高機器利用率，降低生產(chǎn)成本。 從國內(nèi)目前水稻生產(chǎn)機械化的發(fā)展情況看 ，水稻機插秧仍然是水稻生產(chǎn)全程 機械化的最薄弱環(huán)節(jié) ，插秧機還處于發(fā)展初期 ，未來幾年市場需求量將會保持快 速上升態(tài)勢。插秧機產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平將進一步提高 。發(fā)展將會出現(xiàn)下述幾個 方面的特點： （1）手扶步進式插秧機將是持續(xù)發(fā)展的機型。 （2）插秧機產(chǎn)品向系列化和多樣化發(fā)展。 （3）水稻種植機械向高速、精準、創(chuàng)新的方向發(fā)展。 （4）向降低成本，提高可靠性的方向發(fā)展。 1.2 插秧機株距調(diào)整變速箱研究意義 雖然機插水稻實現(xiàn)了定行 、定深、定穴和定苗栽插 ，滿足高產(chǎn)群體質(zhì)量栽培 中寬行淺栽稀植的要求 。但只有使插秧機獲得符合標準要求的插秧質(zhì)量 ，才能確 保水稻的增產(chǎn)增收 。為了達到滿意的插秧質(zhì)量 ，在插秧前必須對插秧機進行適當 的調(diào)整到位，并保證大田有基本的苗數(shù)。 因水稻品種不同 ，對大田基本苗數(shù)的要求也是不同的 ，基本苗數(shù)過大過小對 水稻的生長都不利 ，也必然影響到水稻的產(chǎn)量 。而大田的基本苗數(shù)是由秧苗栽插 時的行距、株距和每穴株數(shù)決定的。插秧機的行距為 30cm 固定不變，可調(diào)的只 有株距和每穴株數(shù)[7]。所以，通過調(diào)整株距調(diào)整大田基本苗數(shù)來合理實現(xiàn)水稻栽 植密度，從而獲得最高的產(chǎn)量 ，對于水稻種植具有重要的意義 。通過設計合理而 高效的株距調(diào)整變速器 ，對于適應多品種水稻種植 ，不同栽植密度要求 ，充分利 用機械具有重要意義。 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 本次畢業(yè)設計中主要完成的內(nèi)容包括： 1）水稻機械化插秧的意義及發(fā)展 2）插秧機株距調(diào)整變速箱方案設計 研究插秧機株距調(diào)整變速箱的技術(shù)方案 ，按照課題內(nèi)容 ，完成總體方案設計 ， 實現(xiàn) 7 個株距 25，21，18，17，14，12，11（cm）調(diào)整。 3）插秧機株距調(diào)整變速箱的結(jié)構(gòu)設計 要求結(jié)構(gòu)設計合理、簡單，裝置重量輕。 4）完成二維、三維圖紙 完成三維、二維裝配圖和零件圖。 2.2 擬解決的主要問題 在整個株距調(diào)整變速器設計中，首先要考慮的問題是實現(xiàn)  其 25,21,18,17,14,12,11 （cm）七個株距的調(diào)整 。要達到此目標要求 ，必須根據(jù)插 秧機工作行走速度進行插植臂插植速度的設計（株距調(diào)整變速器轉(zhuǎn)速設計 ）。在 確定株距調(diào)整變速箱的轉(zhuǎn)速后 ，要合理確定齒輪組的變速組數(shù) ，傳動比以及齒輪 參數(shù)。 在此基礎上要保證變速器結(jié)構(gòu)合理 、簡單輕便，以減輕整機的重量 ，便于插 秧機在水田中的作業(yè) 。所以在滿足七個株距調(diào)整的前提下 ，應盡可能使得變速箱 整體結(jié)構(gòu)小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。 3 研究方案、可行性分析及預期研究成果 3.1 研究方案 3.1.1 傳統(tǒng)設計方法 當機械系統(tǒng)的執(zhí)行件的轉(zhuǎn)速或速度需要在一定范圍內(nèi)變化 ，而又允許有一定 的轉(zhuǎn)速損失時 ，基于經(jīng)濟性考慮 ，采用有級變速系統(tǒng) ，而有級變速系統(tǒng)的設計方 法、原則比較系統(tǒng)而成熟。一般設計方法如下所述： 1）根據(jù)插秧機的工作速度確定株距調(diào)整的檔位數(shù)與各檔的傳動比； 2）根據(jù)擋位數(shù)和各檔傳動比，草擬變速箱的傳動方案； 3）確定變速箱的主要參數(shù)，包括中心距 A 、齒輪模數(shù) m，齒寬 b 等； 4）根據(jù)變速箱的傳動比選配齒輪，確定各檔齒輪的齒數(shù)； 5）進行變速箱主要零部件的強度和壽命計算，包括齒輪、軸、軸承、嚙合 套、換擋離合器的計算； 6）進行變速箱整體結(jié)構(gòu)設計，繪制總裝配圖； 7）進行變速箱各零部件結(jié)構(gòu)設計 , 繪制零件圖[8]； 3.1.2 現(xiàn)代設計方法 插秧機在設計時，為減小插秧時的滾動阻力，整車全部采用輕量化設計 。而 變速器作為高速插秧機的重要部分 ，在滿足強度和傳動的平穩(wěn)性條件下 ，應盡量 減小體積、減輕質(zhì)量。因此，在高速插秧機變速器的設計過程中 ，采用傳統(tǒng)的設 計方法很難得到理想的設計效果 。而優(yōu)化設計方法在汽車變速器設計中得到了廣 泛的應用。借鑒此方法對高速插秧機的主變速器進行設計 ，使變速器在滿足一定 的性能條件下，減輕質(zhì)量、增加傳動的平穩(wěn)性。 影響主變速器設計的因素很多 ，為了使問題簡化 ，設計時主要考慮各檔嚙合 齒輪的模數(shù)、齒數(shù)和齒寬，以此作為設計變量。 變速器在達到動力性和使用性要求情況下，應該盡量減小體積以減輕質(zhì)量 、 節(jié)省成本。由于變速器的整體尺寸主要取決于齒輪系 ，故以變速器齒輪體積之和 最小作為第一目標函數(shù)。 高速插秧機變速器優(yōu)化的約束條件可以分為設計準則約束和性能條件約束 。 前者用以滿足設計變量的基本要求，后者用于限制變速器的強度性能[9]。 3.2 可行性分析 傳統(tǒng)有級變速系統(tǒng)的設計方法 、原則比較系統(tǒng)而成熟 。在本科學習期間已經(jīng) 對涉及其中的各種原理有了直接的接觸學習 ，掌握了其基本規(guī)律 ，且有課程設計 的實踐基礎，運用傳統(tǒng)設計方法進行變速器的設計問題不大。 隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展 ，有限元分析方法和優(yōu)化設計等先進設計方法都得 到開發(fā)應用，這些軟件的設計基礎都是過去的力學分析和計算方法 ，很多新開發(fā) 的軟件價格昂貴 ，但其中仍然存在很多的不足 ，通過對國外的很多齒輪計算資料 的研究和分析，同時結(jié)合我們自身變速器設計的實際條件和學習情況，使 MATLAB 編程可以實現(xiàn)傳動軸和變速齒輪的輔助設計以及計算，節(jié)省了時間，并  用 簡化了計算過程 ，且在降低成本的同時 ，應用起來比較方便 。并且程序的計算結(jié) 果較為準確，在變速器傳動軸和齒輪的設計上應用值得信賴。 3.3 預期研究成果 在完成株距調(diào)整變速箱七個株距調(diào)整的設計要求的基礎上 ，實現(xiàn)變速箱結(jié)構(gòu) 設計合理、簡單，裝置重量輕的優(yōu)化設計，完成二維圖紙，三維建模。 4 研究工作計劃（進度安排） 起止時間 2012.11.15 至 2012.12.10  內(nèi)容 調(diào)研、信息匯總，文獻查閱分析 2012.12.10 至 2012.12.31 2013.01.01 至 2013.01.05 2013.01.21 至 2013.03.01 2013.03.02 至 2013.03.28 2013.03.29 至 2013.04.11 2013.05.03 至 2013.05.10 2013.05.11 至 2013.05.24 2013.05.25 至 2013.05.29 [1]高速水稻插秧機分插機構(gòu)研究 :1  外文翻譯、文獻綜述、開題報告，并熟悉理論力學 、 機械原理等相關知識 提交開題報告、文獻綜述及外文翻譯，開題答辯 整體方案設計 變速箱箱體等零部件的設計 三維 CAD 建模 完成并提交畢業(yè)論文 整理材料準備答辯 論文答辯 參考文獻 [2]謝舒,藍峰，等.水稻插秧機的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .南方農(nóng)機，2009，6: 1. [3]曹志宇，王冬沐，等.水稻插秧機的工作原理及機插技術(shù)的應用 .科技縱橫，2009,7: 1. [4]沈亮，韓休海，耿志杰.我國水稻插秧機發(fā)展現(xiàn)狀 .農(nóng)機使用與維修， 2011，1: 1. [5]趙亮，高希文，顏華，等 .國內(nèi)外水稻插秧機及發(fā)展 .中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院 : 2. [6]劉文華.水稻插秧機現(xiàn)狀分析及發(fā)展預測 .湖南農(nóng)機，36，4:6. [7]黃永.保證機插秧質(zhì)量的措施.農(nóng)技服務，2011: 1. [8]尹占順，齊吉福，劉毅.定軸式動力換擋變速箱的設計 .農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備，2008,7:1. [9]胡曉明，朱為國.高速插秧機主變速器多目標優(yōu)化設計 .機械傳動，2012:48-49. 浙江理工大學本科畢業(yè)設計（論文）文獻綜述報告 班 級 09 機械設計制造及其自動化（ 4）班 課題名稱 一種插秧機株距調(diào)整變速箱設計  姓 名  王鵬 文獻綜述報告 （包括國內(nèi)外本課題及相關研究的現(xiàn)狀、分析及參考文獻目錄，理工類要求不少 于 2000 字） 1 前言  目  錄 2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 2.1 國外水稻插秧機產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品現(xiàn)狀 2.2 國內(nèi)水稻插秧機產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品現(xiàn)狀 3 國內(nèi)外水稻插秧機發(fā)展預測 3.1 國外水稻插秧機發(fā)展預測 3.2 國內(nèi)水稻插秧機發(fā)展預測 4 總結(jié) 參考文獻 （報告全文附后） 指導教師 審批意見  簽名： 年 月 日 1 前言  一種插秧機株距調(diào)整變速箱設計 王鵬 （機械設計制造及其自動化 09 級（4）班 I09690128 ） 水稻是我國最主要的糧食作物 ，因其種植面積大 、單位面積產(chǎn)量與總產(chǎn)量高 ， 在糧食生產(chǎn)中地位舉足輕重 。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[1]。所以水稻種植的 機械化是水稻生產(chǎn)的必然趨勢，近年來我國水稻種植的機械化水平逐年增高 ，尤 其是自上個世紀九十年代以來，我國水稻生產(chǎn)機械化水平明顯提高[2]。目前，我 國水稻種植機械化程度還相當?shù)?，特別是插秧環(huán)節(jié)， 2006 年機械化種植水平只 有 9%[3]。 農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展直接關系到我國農(nóng)機化發(fā)展水平 ，農(nóng)機化發(fā)展水平是我國現(xiàn) 代農(nóng)業(yè)的重要標志 ，而水稻作為我國三大主要糧食作物之一 ，水稻生產(chǎn)機械化是 提高農(nóng)機化水平的重要內(nèi)容。大力發(fā)展水稻生產(chǎn)機械化，可以有效爭搶農(nóng)時 、抵 御自然災害的影響 、確保和擴大種植面積 、提高水稻產(chǎn)量 、節(jié)約生產(chǎn)成本 。推進 水稻主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)機械化，增強水稻生產(chǎn)的科技應用、節(jié)本增效和救災減災能力 ， 是加強水稻生產(chǎn)能力建設，恢復和發(fā)展糧食生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎和技術(shù)手段[4]。 2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 水稻機械化插秧技術(shù)是繼品種和栽培技術(shù)更新之后進一步提高水稻勞動生 產(chǎn)率的又一次技術(shù)革命 。目前，世界上水稻機插秧技術(shù)已成熟 ，日本、韓國等國 家以及我國臺灣地區(qū)的水稻生產(chǎn)全面實現(xiàn)了機械化插秧。 國內(nèi)外較為成熟并普遍使用的插秧機 ，其工作原理大體相同 。發(fā)動機分別將 動力傳遞給插秧機構(gòu)和送秧機構(gòu) ，在兩大機構(gòu)的相互配合下 ，插秧機構(gòu)的秧針插 入秧塊抓取秧苗 ，并將其取出下移 ，當移到設定的插秧深度時 ，由插秧機構(gòu)中的 插植叉將秧苗從秧針上壓下，完成一個插秧過程。同時，通過浮板和液壓系統(tǒng) ， 控制行走輪與機體相對位置和浮板與秧針的相對位置，使插秧深度基本一致[5]。 2.1 國外水稻插秧機產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品現(xiàn)狀 水稻插秧種植方式主要集中在亞洲 ，目前國外生產(chǎn)插秧機的國家也全部在亞 洲，主要是日本和韓國 。日本是世界上水稻插秧機械化水平最高的國家 ，也是插 秧機械研究和制造水平最高的國家，插秧機技術(shù)和產(chǎn)品均處于領先地位。 日本生產(chǎn)插秧機的企業(yè)主要有久保田 、井關、洋馬、三菱和日立等 。久保田 是日本最大的農(nóng)業(yè)機械制造商。與井關和洋馬并稱為日本 3 大農(nóng)機制造企業(yè) 。韓 國生產(chǎn)插秧機的企業(yè)主要有大同、東洋、國際、 LG 和亞細亞等。 由于日本和韓國都已經(jīng)實現(xiàn)水稻插秧機械化 ，其國內(nèi)插秧機市場飽和 。產(chǎn)品 生產(chǎn)主要用于更新?lián)Q代和出口 。因此日本和韓國的插秧機企業(yè)都在積極拓展國外 市場，增加出口或直接海外投資。 日本插秧機產(chǎn)品已經(jīng)形成標準化、系列化和多樣化的格局。乘坐式有  3 至 10 行，步行式有 1、2、4、6 行,每種產(chǎn)品各具特色 ,適應于不同的環(huán)境條件和生 產(chǎn)規(guī)模，滿足不同用戶的需要 。日本種植單季水稻 ，普遍采用中、小苗旱育稀植 技術(shù)。插秧機行距為 300 和 330mm[6]。韓國生產(chǎn)的插秧機也有步進式和乘坐式兩 類，但型號比較單一，沒有形成系列。日本插秧機主要有下述五方面的特點。 (1)結(jié)構(gòu)型式有乘坐式和步進式 2 大類。 (2)乘坐式插秧機有高速型和普通型 2 個品種。 (3)高速插秧機又細分為側(cè)重點不同的多個機型。 (4)耕整地與插秧聯(lián)合作業(yè)。 (5)多用途插秧機。 2.2 國內(nèi)水稻插秧機產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品現(xiàn)狀 隨著國內(nèi)插秧機市場需求的啟動 ，未來發(fā)展前景廣闊 。我國很多企業(yè)都介入 插秧機的開發(fā)和生產(chǎn) ，國外的插秧機企業(yè)也改變過去單一的產(chǎn)品出口方式 ，紛紛 在我國建立獨資或合資企業(yè)進行插秧機生產(chǎn) ，國內(nèi)插秧機市場已經(jīng)形成國際化的 競爭局面。 國內(nèi)生產(chǎn)插秧機的企業(yè)主要有延吉插秧機制造有限公司 、現(xiàn)代農(nóng)裝湖州聯(lián)合 收割機有限公司和南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司等 。在我國投資生產(chǎn)插秧機的外 資企業(yè)有韓國東洋、日本久保田、洋馬和井關等公司。國外資本和技術(shù)的引進 ， 加速了我國插秧機市場發(fā)展，產(chǎn)銷量增長很快。 20 世紀 50 年代我國就曾研制出為插大苗的插秧機 ，由于大苗育秧生產(chǎn)機械 化沒有解決，因此也影響了插秧機的發(fā)展； 70 年代初步完成了轉(zhuǎn)臂滑道滾動插 秧機型的系列設計； 80 年代生產(chǎn)了曲柄搖桿插秧機； 90 年代在引進、改造日、 韓、臺灣等技術(shù)的基礎上 ，轉(zhuǎn)向生產(chǎn)插帶土秧苗的高速插秧機 ，水稻生產(chǎn)過程中 的耕整地、育秧、栽植與收獲機械化有了較大的進展，送秧和運秧機 (手扶式、 自走式、人力 )基本成熟，在分插機構(gòu)的設計上有所突破，高速插秧機性能得到 提高[7]。 近年來, 在國內(nèi)插秧機市場需求下 ，引進和自主開發(fā)的產(chǎn)品發(fā)展很快 ，已初 步克服了品種單一的缺陷。國內(nèi)插秧機行距為 240 和 300mm。主要有步行式 、乘 坐式和獨輪乘坐式 3 種類型。步行式插秧機和高速插秧機主要是合資企業(yè)的產(chǎn)品 , 國內(nèi)生產(chǎn)的主要是獨輪乘坐式插秧機 , 自主開發(fā)的步行式插秧機和高速插秧機 也進入了批量生產(chǎn)階段 。目前插秧機市場的競爭主要來自國外產(chǎn)品 ，韓國的技術(shù) 來自日本其產(chǎn)品價格比較低 ，而且進入我國市場的方式更為靈活 ，因此對我國市 場的沖擊很大[8]。 3 國內(nèi)外水稻插秧機發(fā)展預測 3.1 國外水稻插秧機發(fā)展預測 根據(jù)國外插秧機技術(shù)發(fā)展情況，插秧機的基本結(jié)構(gòu)形式不會有大的變化 ，將 來主要向著降低生產(chǎn)成本、提高作業(yè)效率的方向發(fā)展[9]。 (1)高速插秧機將是主導發(fā)展產(chǎn)品。從機型結(jié)構(gòu)來看，高速插秧機具有高效 率、高性能等優(yōu)勢 ，是未來的主要發(fā)展方向與主導發(fā)展產(chǎn)品 ；步進式插秧機由于 作業(yè)效率低、使用勞動強度大。市場占有率將逐步下降。 (2)少免耕作業(yè)和復合作業(yè)。插秧機從單一插秧作業(yè)向插秧的同時施肥、鋪 膜和少耕或免耕插秧等復式作業(yè)方向發(fā)展。 (3)發(fā)展多功能插秧機底盤 。插秧機底盤將向水田多功能通用底盤方向發(fā)展 ， 以提高機器利用率，降低生產(chǎn)成本。 3.2 國內(nèi)水稻插秧機發(fā)展預測 從國內(nèi)目前水稻生產(chǎn)機械化的發(fā)展情況看 ，水稻機插秧仍然是水稻生產(chǎn)全程 機械化的最薄弱環(huán)節(jié) ，插秧機還處于發(fā)展初期 ，未來幾年市場需求量將會保持快 速上升態(tài)勢。插秧機產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平將進一步提高 。發(fā)展將會出現(xiàn)下述幾個 方面的特點。 （1）手扶步進式插秧機將是持續(xù)發(fā)展的機型。 （2）插秧機產(chǎn)品向系列化和多樣化發(fā)展。 （3）水稻種植機械向高速、精準、創(chuàng)新的方向發(fā)展。 （4）向降低成本，提高可靠性的方向發(fā)展。 4 總結(jié) 在農(nóng)機市場快速發(fā)展的今天 ，我們應該看到 ，用戶在購買農(nóng)機時 ，對農(nóng)機產(chǎn) 品的造型越來越重視 ，因此企業(yè)應確立對農(nóng)機產(chǎn)品創(chuàng)新的設計理念 ，這不僅是為 了滿足更多的用戶 ，也是增強我國農(nóng)機產(chǎn)品在國際市場上的競爭 ，也是農(nóng)機產(chǎn)品 發(fā)展的需要。由于形式設計與功能設計存在著內(nèi)在的聯(lián)系 ，由于設計的成果還將 被納入機械化大批量方式的生產(chǎn) ，所以決定產(chǎn)品造型設計的各項基本條件不僅與 審美因素，并且更主要的與功能 、技術(shù)緊密關聯(lián) 。而設計的這些基本條件又與人 類工程學、產(chǎn)品的功能、構(gòu)造、所使用的材料與生產(chǎn)工藝等深刻相關。所以 ，作 為設計者來說 ，應考慮運用新的設計理念 ，應用現(xiàn)代的工業(yè)設計方法進行系統(tǒng)的 設計，才能使原有的農(nóng)機產(chǎn)品得以創(chuàng)新。 參考文獻 [1]Edathiparambil Vareed Thomas. 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