一種插秧機株距調(diào)整變速箱設(shè)計【含CAD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(kuò)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(jì)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(kuò)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(kuò)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(jìn)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(jìn)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(rèn)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(hù)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(jìn)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(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)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(fù)荷等于數(shù)值分析得到的疲勞裂紋萌生時的負(fù)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(kuò)展路徑。 根據(jù)裂紋的萌生（Ni）和裂紋擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fù)載控制。在小齒輪軸承座上（在法蘭的中部），在徑向方向上進(jìn)行測量加速度振動信號，以65.5的采樣頻率進(jìn)行采樣。兩個振動信號從齒輪單元的殼體進(jìn)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。