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1、水稻插秧机的机械原理课程设计1水稻插秧机设计要求水稻插秧机是用于栽植水稻秧苗的机具。结构简单、体积小，使用寿命长。它主要包括送秧机构、传动机构、分插机构、机架和船体等组成。本设计主要完成分插机构和送秧机构的设计。设计要求：1）水稻插秧机应包括连杆机构、凸轮机构等常用机构。2）插秧频率120次/min。3）插秧深度1025mm之间。4）发动机功率2.42kw，转速2600r/min,传动机构始末传动比i=26。5) 对移箱机构（送秧机构）的设计要求：a.每次移箱距离应与秧爪每次取秧宽度相配合，要求保证取秧准确、均匀。b.移箱的时间应与秧爪的运动相配合。c.传动平稳，结构简单，加工方便，必须使用可
2、靠、耐久。2. 工作原理及其动作分解 分插机构 是水稻插秧机的主要工作部件，由取秧器（栽植臂和秧爪），驱动机构和轨迹控制机构组成。取秧器在驱动机构的驱动和轨迹控制机构的控制下，按照一定的轨迹从秧箱中分取一定数量的秧苗并将其插入土中，然后返回原始位置，开始下一次循环动作。 秧爪在栽植臂的带动下完成取秧和插秧工作，图1中虚线给出秧爪的静轨迹图，h为插秧深度。图1送秧机构 的作用是按时、定量地把秧苗送到秧门处，使秧爪每次获得需要的秧苗。按照送秧方向的不同，送秧机构分为纵向送秧机构和横向送秧机构。横向送秧机构，其送秧方向同机器行进方向垂直，采用的是移动秧箱法。因此，又称移箱机构。本设计采用横向送秧箱机
3、构。工艺动作分解：1） 秧爪按照特定静轨迹（如 图1 所示）做往复运动。2） 秧箱做横向直线往复运动。（在秧爪取秧过程中，秧箱需保持连续不断的匀速运动；在移至两端极限位置后，秧箱自动换向。）3分插机构，送秧机构运动方案设计及确定1) 分插机构的设计方案 方案甲： 评价：采用曲柄摇杆机构，主动件为曲柄，使秧爪按照特定轨迹运动。此机构设计简单，传动准确，快速。 方案乙： 评价：本机构采用连杆机构，利用油缸作为主动件，来实现秧爪的特定轨迹运动。此机构设计简单，但是需要额外的液压油路。 结论：方案甲 结构简单，制造方便，符合设计要求，故 分插机构 选用 方案甲。2）送秧机构的方案设计 方案A： 评价：
4、采用凸轮机构，通过凸轮的回转运动，实现从动件（秧箱）的横向直线往复运动。本机构结构简单，传力小，传动准确，运动灵活。但凸轮廓线的设计较复杂。方案B： 评价：此系统以电动机为驱动元件，通过PLC控制系统，来控制齿轮的转动，从而影响齿条的运动，使齿条进行直线往复运动。此机构设计简单，传动平稳，效率高，传动比准确，可靠。但此方案需要PLC控制设备，成本较高。结论： 方案A 采用凸轮机构，结构简单，传动平稳，成本较低，故 送秧机构 选择 方案A。3）方案设计的确定综上所述，考虑到插秧机的设计要求（水稻插秧机应包括连杆机构、凸轮机构等常用机构，送秧机构传动平稳，结构简单，加工方便，必须使用可靠、耐久。）
5、以及自身所学知识，本设计的 分插机构 选择 方案甲 ，送秧机构 选择 方案A 。如图 ： 运动仿真图：4机构尺寸的设计 1）送秧机构在设计要求中，电动机 的 转速 为 2600rmin。由于 传动机构 始末传动比 i = 26 ，故 皮带轮 与 齿轮1 的 转速 为 100rmin 。在设计要求中，插秧频率 为 120次/min ，故 齿轮2 的 转速 为 120rmin ，即 齿轮1 与 齿轮2 的 传动比 为 5:6 。两齿轮的设计如下：名称齿轮1齿轮2模数m3齿数3630分度圆直径 d10890齿顶高 ha66齿根高 hf7.57.5基圆直径 db10084传动比 i5：6啮合角 22.
6、1922.19齿轮1 与 齿轮2 之间的中心距为 99 mm 。齿轮传动 如图：连杆机构：杆AB为 曲柄，杆CD为 摇杆，BE与 连杆BC 固结。本设计的要求中，点E的轨迹如 图1中所示。假设AB长为10mm，BC长为30mm，CD长为20mm，AD长为30mm， BE长为55mm ，以 A 为 原点，AD 所在直线为 x轴，建立平面直角坐标系。由 10 *cos1 + 30 *cos2 = 30 + 20 *cos3，10 *sin1 + 30* sin2 = 20* sin3， 得，2 = 2* arctan 2*sin1 16 ( 2*cos1 +1) / （4 * cos1 11）点E
7、的轨迹方程如下： x = 10 *cos1 + 55*cos（2+） y = 10* sin1 + 55 *sin（2+）利用 MATLAB软件，通过改变角的大小（的值依次取10,15，20，25，30，35，40，45，50），来获得 点E的9个轨迹图。在 MATLAB 编译器中输入以下语言：for i=1:9theta1=0:pi/100:2*pi;theta2=2*atan(2*sin(theta1)-sqrt(16-(2*cos(theta1)+1).2)./(4*cos(theta1)-11); x=10*cos(theta1)+55*cos(i-1)*3.75*pi/180+pi/
8、12+theta2); y=10*sin(theta1)+55*sin(i-1)*3.75*pi/180+pi/12+theta2);subplot(3,3,i);plot(x,y);end得出轨迹图：（第一行，的值依次为 10,15，20，第二行，的值依次为 25，30，35，第三行，的值依次为 40，45，50。）经过比较这9个轨迹图，发现 第二行第二列 的轨迹图（=30）中的轨迹与 图1中的轨迹近似，故 选择 第二行第二列 的轨迹图（=30）。考虑到设计要求插秧深度在1025mm之间，而通过观察此轨迹图，发现点E轨迹最右端点的x坐标（略小于40）与点D的x坐标（等于30）之差小于10mm
9、且大于5mm，所以需改进方案尺寸：将各杆的长度增加一倍，即AB = 20 mm ，BC = 60 mm ，CD = 40 mm ，AD = 60 mm ，BE = 110 mm ，= 30在此情况下，点E轨迹 最右端点的x坐标与 点D的x坐标 之差必大于10mm且小于20mm，即 方案可以满足插秧深度在1025mm之间的要求。2）送秧机构 从动件（秧箱）运动线图的设计，采用摆线运动修正等速运动规律的加速度曲线（从动件无柔性冲击，运行平稳），如下所示：从动件的运动线图分为6个阶段，各阶段运动方程式如下：1) 01 （秧箱做加速运动）S = S1/1sin(/1)/ v = S11 cos（/1）
10、 /1a = S1sin(/1) /12) 12 （秧箱做匀速运动）S = S1 + (S2 - S1)( -1)/( 2 -1)v = 2 S1/1a = 03) 2 （秧箱做减速运动）S = S1 (-2)/ 1sin （-2+1）/1 / + S2v = S11 cos （-2+1）/1 /1a = S1sin （-2+1）/1 /14) +1 （秧箱做加速运动）S = S1（21+2）/1sin （31+2-）/1 / v = S1cos （21）/1 1 /1a = S1sin （21）/1 /15) +1 +2 （秧箱做匀速运动）S = S1 + (S2 - S1)( 22 +1
11、- )/( 2 -1)v = 2 S1/1a = 06) +2 2 （秧箱做减速运动）S = S1 (22 + 21 )/ 1sin （22 + 21 ）/1 / v = S1cos （ + 21）/1 1 /1a = S1sin （ - 22 -1）/1 /1设计要求“每次移箱距离应与秧爪每次取秧宽度相配合”，即 取秧宽度 点E的往复运动周期 = 从动件（秧箱）的匀速运动速度点E的往复运动周期已知，周期大小为0.5 s 。设 取秧宽度 为10 mm ，则 v = 2S11 = 20mms ，即 从动件（秧箱）的匀速运动速度的大小为 20mms 。根据实际需要，设定1，2，S1，S2的值，且满
12、足 2 * S1 * 1 = 20 mms 。1，S1应尽量小些，以减小从动件从启动达到稳定速度所经过的时间和位移。取1 = /6, 2 = 5/6 ，S1 = 10 mm ，S2 = 110 mm ，将 1，2，S1，S2 的值 代入 行程 S 的表达式 ，得S = 60/ - 10sin(6)/, ( 0 /6 )S = 150/ - 15, ( /6 5/6 )S = 60/ - 10sin(6)/ + 60， （ 5/6 ）S = 70 - 60/ + 10sin（6）/, ( 7/6 )S = 285 - 150/, ( 7/6 11/6 )S = 120 - 60/ + 10sin
13、(6)/. ( 11/6 2 )由2 * S1 * 1 = 20mms，S1 = 10 mm，1 = /6，得 =/6 rad/s,即 凸轮转速 为 5 r/min 。根据已求出的从动件的 行程S 的表达式 ，则 对心从动件凸轮机构 的 凸轮廓线方程式 为可写： X =（rb + S）* sin Y =（rb + S）* cos （rb为 凸轮基圆 的 半径值）取rb = 20 mm ，滚子半径为10 mm，在制作 运动仿真 过程中，得到 理论廓线 和 实际廓线，如下图所示：凸轮机构的运动仿真图：5. 心得体会：本课程设计考察了我们所学的机械原理知识。在设计过程中，要综合多方面的要求和需要来进
14、行合理的选择，这是一个并不简单的过程。由此可以了解到，自己的能力远不能解决复杂的实际问题。我们还应不断地学习和积累。在对水稻插秧机完全不了解的情况下，通过网络，查找了大量的相关资料。尽管对现实生活中的水稻插秧有了一定的了解，但这些资料对其工作的描述仍不够详细和清晰。我们未能对水稻插秧机的工作流程和原理完全清楚，比如秧箱的具体结构和工作方式。这是设计过程中一个比较大的遗憾。设计尺寸的部分是其中最难的步骤，我们只能在做出一个自我感觉合理的尺寸假设的前提下，继续以后的设计，而且应用了一个之前我们完全陌生的软件 MATLAB 。因为不懂得如何使用该软件，所以寻求朋友的帮助，我们顺利得出了点E（秧爪）的与要求轨迹近似的静轨迹图。接下来的步骤水到渠成，花费较多时间是一些繁杂的运算。通过本次设计，积累了经验，对已学知识的理解更加深刻。表面看似简单的问题，在解决的过程中，逐渐显现出其复杂。在以后的学习中，应避免犯眼高手低的错误。
