CN102246626B - 乘坐式插秧机的变形偏心圆-非圆齿轮旋转式分插机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乘坐式插秧机的变形偏心圆-非圆齿轮旋转式分插机构。链轮箱内的中心链轮带动结构相同左右齿轮盒转动，盒内的中心变形偏心圆齿轮固定不动，与中心变形偏心圆齿轮在两侧啮合的两个共轭非圆齿轮随齿轮盒转动，它又分别与行星变形偏心圆齿轮啮合，五个齿轮的转动中心在一条直线上，行星变形偏心圆齿轮随着齿轮盒作匀速转动，又相对于齿轮盒作非匀速转动。通过行星轴与行星变形偏心圆齿轮固结的一对栽植臂的绝对运动是非匀速摆动，即为齿轮盒绕中心轴的圆周运动与行星变形偏心圆齿轮相对齿轮盒的非匀速转动的复合运动，选择合适的结构参数，栽植臂上的秧针形成“腰子形”的工作轨迹，满足插秧机前插式作业要求。

Description

乘坐式插秧机的变形偏心圆-非圆齿轮旋转式分插机构

技术领域

本发明涉及一种农业机械，尤其是涉及一种乘坐式插秧机的变形偏心圆-非圆齿轮旋转式分插机构。

背景技术

目前，在市场上出售的用于步行水稻插秧机的栽植机构形式主要有两种：曲柄摇杆式分插机构和旋转式分插机构。旋转式分插机构与曲柄摇杆式分插机构相比，具有惯性力小、振动小和稳定性好的优点。非圆齿轮传动有着传动平稳，结构紧凑，运动精度高，易于实现动平衡来减小惯性力等特点，逐渐代替了原有的曲柄摇杆式分插机构。现用于旋转式分插机构上主要有椭圆齿轮，偏心齿轮，偏心变位齿轮等传动形式。传统的偏心圆齿轮分插机构式是日本发明的，该机构由9个偏心齿轮构成，由于偏心齿轮传动过程中齿轮间隙会发生变化，引起振动和冲击，所以该机构采用两个窝卷弹簧装置来消除齿轮间隙，结构复杂。后提出了一种偏心非圆共轭齿轮来消除齿轮间隙，但是整个分插机构在运行过程中秧针的相对速度较快，对秧苗的损伤较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种乘坐式插秧机的变形偏心圆-非圆齿轮旋转式分插机构，对于变形偏心圆齿轮利用变形的特性，通过改变变形系数使整个分插机构的齿轮行星系的传动比关系成不对称关系，整个分插机构相对原来的偏心非圆齿轮分插机构在速度分配上有了更好的分配，在取秧、送秧和插秧过程中相对速度大大的降低、大大的降低了伤秧率，秧苗有了很好的保护作用。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明它包括传动部件和栽植臂部件；传动部件是在链轮箱内的传动轴上装有主动链轮，经链条与装在链轮箱内的中心轴上的中心链轮连接，中心轴伸出链轮箱外的左、右两侧轴上分别固定有内部结构相同的左、右齿轮盒；伸出左齿轮盒外的左上、左下行星轴上分别装有左上、左下栽植臂部件，伸出右齿轮盒外的右上、右下行星轴上分别装有右上、右下栽植臂部件。左齿轮盒的结构为：左齿轮盒内的中心轴左端装有通过左法兰固定在链轮箱上的左中心变形偏心圆齿轮，中心轴用花键带动左齿轮盒作旋转运动；左齿轮盒内的左中心

变形偏心圆齿轮两侧的左上、左下中间轴上，分别对称装有与左中心变形偏心圆齿轮相互啮合的左上、左下中间共轭非圆齿轮，左上、左下中间共轭非圆齿轮两侧的左上、左下行星轮轴上，分别对称装有与左上、左下中间共轭非圆齿轮相互啮合的左上、左下行星变形偏心圆齿轮，左上、左下行星轴伸出左齿轮盒外的一端分别固定有左上、左下栽植臂部件。右齿轮盒的结构为：右齿轮盒内的中心轴右端装有通过右法兰固定在链轮箱上的右中心变形偏心圆齿轮，中心轴用花键带动右齿轮盒作旋转运动；右齿轮盒内的右中心变形偏心圆齿轮两侧的右上、右下中间轴上，分别对称装有与右中心变形偏心圆齿轮相互啮合的右上、右下中间共轭非圆齿轮，右上、右下中间共轭非圆齿轮两侧的右上、右下行星轮轴上，分别对称装有与右上、右下中间共轭非圆齿轮相互啮合的右上、右下行星变形偏心圆齿轮，右上、右下行星轴伸出右齿轮盒外的一端分别固定有右上、右下栽植臂部件。

所述的左、右两个齿轮盒的转动中心、中间共轭非圆齿轮转动中心和行星变形偏心圆齿轮的转动中心在同一条直线上。

所述的变形偏心圆齿轮和共轭非圆齿轮的模数、齿数、节曲线的周长都相同。

中心链轮通过中心轴带动齿轮盒转动，中心变形偏心圆齿轮通过法兰与链轮箱固定不动，行星变形偏心圆齿轮带动固装在行星轴一端的栽植臂相对于齿轮盒作非匀速转动，栽植臂的绝对运动为行星轮相对齿轮盒的非匀速转动和齿轮盒绕中心轴的圆周运动的合成运动。在此合成运动的影响下，栽植臂部件中的秧爪满足取秧时秧爪角度和插秧时秧爪角度的要求，其插秧静轨迹为“腰子形”轨迹，满足水稻插秧轨迹的要求。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

(1)传动机构由3个完全相同的变形偏心圆齿轮和2个全等的共轭非圆齿轮组成，而且为单自由度机构，结构简单；

(2)变形偏心圆齿轮，不但能实现非匀速传动比的要求，而且还能实现运动的非对称特性；

(3)改变变形系数使分插机构的齿轮行星系的传动比关系成不对称关系，本发明的分插机构相对原来的偏心非圆齿轮分插机构在速度分配上有了更好的分配，在取秧、送秧和插秧过程中相对速度大大的降低、大大的降低了伤秧率，秧苗有了很好的保护作用；通过选择合适的结构参数，可以获得满足高速插秧机工作要求的“腰子形”静轨迹，该机构同时适合大小苗插秧要求。

附图说明

图1是本发明机构示意图。

图2是本发明的结构装配示意图。

图3是非对称传动比函数。

图4是本发明栽植臂部件图。

图5是本发明“变形偏心圆齿轮”五轴轴心为直线排列的传动原理图。

图6是本发明分插机构形成的静轨迹曲线图。

图7是本发明插秧轨迹图。

图8是轨迹随偏心率K变化规律图。

图9是轨迹随变形系数m₁₁变化规律图。

图10是m₁₁＝1秧针速度随K变化规律图。

图11是K＝0.165时秧针速度随m₁₁变化规律图。

图12是变形偏心圆-非圆齿轮与偏心非圆齿轮分插机构秧针速度对比示意图。

图中：1、1′.左、右中心变形偏心非圆齿轮，2、2′.左、右中间上共轭非圆齿轮，3、3′.左、右上行星变形偏心圆齿轮，4、4′.左、右中间下共轭非圆齿轮，5、5′.左、右下行星变形偏心圆齿轮，6、6′.左、右齿轮盒，7、7′.主动链轮，8.、传动轴，9.链条，10、10′.左、右上栽植臂部件，11、11′.左、右下栽植臂部件，12.链轮箱，13.中心轴，14.中心链轮，15、15′.左、右下行星轴，16、16′.左、右上行星轴，17、17′.左、右左、右法兰盘，18、18′.左、右上中间轴，19、19′.左、右下中间轴，20.、20′左、右定位销，21.凸轮，22.推秧杆，23.秧针，24.拨叉，25.推秧弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

变形齿轮节曲线在非圆齿轮及非匀速传动类的教科书早有提出，但是至今未见任何文献把这种变形功能应用在偏心非圆齿轮上，更没有应用在实际生产中。

如图3所示绘出了按非对称规律变化的传动比函数i₂₁曲线，曲线1为对称的传动比函数曲线，曲线2为变形非对称的传动比函数曲线，i₂₁由两段光滑函数I、II给定的。

第一段的区间为

第二段区间为

变形偏心圆齿轮与共轭非圆齿轮外啮合来实现变速传动，是使整个分插机构的秧针形成“腰子形”静轨迹的关键。在图6中，变形偏心轮的半径为R，偏心距为e＝|o₁o|，偏心率为K＝e/R，两齿轮中心距为a。r₁＝|o₁p₁|，r₂＝|o₂p₂|，a＝|o₁o₂|，C₁，C₂分别表示主动轮和共轭齿轮的圆心，按图示设置坐标系o₁xy，齿轮1节曲线的咬合点

满足如下方程：

为了使两段曲线封闭，m₁₁，m₁₂应满足如下的要求：

$m_{12}=\frac{m_{11}}{2m_{11}-1}$

为了便于计算将上式化为：

r₂＝a-r₁       (3)

分插机构的秧针轨迹是整个分插机构是否可行的关键，为了达到农艺上要求的“腰子形”静轨迹，必须对分插机构的主要参数偏心率和变形系数对轨迹的影响。图10为在m₁₁＝1时，秧针轨迹随偏心率K的变化；图11为在K＝0.165时，秧针轨迹随变形系数m₁₁的变化规律。从图8可知随着K的增大，秧针轨迹不断变窄，由开始的近似椭圆形逐渐变为“腰子形”，并且秧针轨迹的高度不断增加；图9可知，随着m₁₁的变大，秧针轨迹上部变宽、下变窄，并且轨迹的角度变化较大。

在分插机构的整个运行过程可分为取秧一送秧一插秧一回程，在整个过程中希望取秧、送秧和插秧过程中秧针的相对速度尽量减小。因为秧苗的茎杆在刚刚生长比较脆弱，在相对速度小的情况下可以很好的保护茎杆，降低伤秧率，这对秧苗的后期生长有着至关重要的影响。而对于变形偏心圆齿轮正是利用变形的特性，可使传动比成不对称关系，让整个分插机构的齿轮行星系的传动比关系成不对称关系，来实现降低在取秧、送秧和插秧的速度功能。现取m₁₁＝1时秧针速度随偏心率K变化的规律如图10所示；图11为在偏心率K＝0.165时秧针速度随m₁₁的变化规律。

通过图10和图11的分析可得知，随着非圆齿轮的偏心率的增大，秧针的相对速度也逐渐变大；而对于变形系数m₁₁的增大，秧针在开始的取秧、送秧和插秧过程的速度逐渐降低，回程速度变大，这就符合了对分插机构整个插秧过程速度要求。

对于整个分插机构相对原来的偏心非圆齿轮分插机构在速度分配上有了更好的提高如图12所示，在取秧、送秧和插秧过程中相对速度大大的降低、大大的降低了伤秧率，秧苗有了很好的保护作用。

如图1、图2、图4所示，本发明它包括传动部件和栽植臂部件；传动部件是在链轮箱12内的传动轴8上装有主动链轮7，经链条9与装在链轮箱12内的中心轴13上的中心链轮14连接，中心轴13伸出链轮箱12外的左、右两侧轴上分别固定有内部结构相同的左、右齿轮盒6、6′；伸出左齿轮盒6外的左上、左下行星轴16、15上分别装有左上、左下栽植臂部件10、11，伸出右齿轮盒6′外的右上、右下行星轴16′、15′上分别装有右上、右下栽植臂部件10′、11′。左齿轮盒6的结构为：左齿轮盒6内的中心轴左端装有通过左法兰17固定在链轮箱12上的左中心变形偏心圆齿轮1，中心轴13用花键带动左齿轮盒6作旋转运动；左齿轮盒6内的左中心变形偏心圆齿轮1两侧的左上、左下中间轴18、19上，分别对称装有与左中心变形偏心圆齿轮1相互啮合的左上、左下中间共轭非圆齿轮2、4，左上、左下中间共轭非圆齿轮2、4两侧的左上、左下行星轮轴16、15上，分别对称装有与左上、左下中间共轭非圆齿轮2、4相互啮合的左上、左下行星变形偏心圆齿轮3、5，左上、左下行星轴16、15伸出左齿轮盒6外的一端分别固定有左上、左下栽植臂部件10、11；右齿轮盒6′的结构为：右齿轮盒6′内的中心轴右端装有通过右法兰17′固定在链轮箱12上的右中心变形偏心圆齿轮1′，中心轴13用花键带动右齿轮盒6′作旋转运动；右齿轮盒6′内的右中心变形偏心圆齿轮1′两侧的右上、右下中间轴18′、19′上，分别对称装有与右中心变形偏心圆齿轮1′相互啮合的右上、右下中间共轭非圆齿轮2′、4′，右上、右下中间共轭非圆齿轮2′、4′两侧的右上、右下行星轮轴16′、15′上，分别对称装有与右上、右下中间共轭非圆齿轮2′、4′相互啮合的右上、右下行星变形偏心圆齿轮3′、5′，右上、右下行星轴16′、15′伸出右齿轮盒6′外的一端分别固定有右上、右下栽植臂部件10′、11′。

所述的两个齿轮盒的转动中心、中间共轭非圆齿轮转动中心和行星变形偏心圆齿轮的转动中心在同一条直线上。如图5所示，是表示左齿轮盒的“变形偏心圆齿轮”五轴轴心为直线排列的传动原理图。

所述的变形偏心圆齿轮和共轭非圆齿轮的模数、齿数、节曲线的周长都相同。如图1、图2、图4所示，分插机构动力由插秧机链轮箱主动链轮7传递到中心链轮14，中心链轮14与中心轴13通过键连接。现以分插机构的左侧为例说明

各组件的连接关系：中心变形偏心圆齿轮1通过衬套安装在中心轴13上，中心轴13轴端由花键与左齿轮盒6固结，中心变形偏心圆齿轮1靠牙嵌与法兰盘17固定，中心变形偏心圆齿轮1两侧依次设置两个中间共轭非圆齿轮2、4，分别与行星变形偏心圆齿轮3、5啮合，行星变形偏心圆齿轮与行星轴依靠花键连接，行星轮轴伸出齿轮盒的一端分别与栽植臂部件10、11通过键固结。

本发明的工作原理是：

中心轴13转动，带动左、右齿轮盒6、6′转动，左栽植臂部件10、11和右栽植臂部件10′、11′，随着左行星变形偏心圆齿轮3、5和右行星变形偏心圆齿轮3′、5′相对左、右齿轮盒6、6′作不等速转动，并随行星左变形偏心圆齿轮轮轴15、16和行星右变形偏心圆齿轮轮轴15′、16′绕中心轴13作圆周运动。通过参数优化，使秧针的工作轨迹、取秧角和插秧角满足前插式插秧要求。

如图4所示，每一个栽植臂部件，均安装有推秧装置，现以一个为例，包括：凸轮21、推秧杆22、秧针23、拨叉24、推秧弹簧25。凸轮21与齿轮盒依靠法兰固结，当行星变形偏心圆齿轮相对齿轮盒转动时，带动栽植臂转动，牵动拨叉24围绕凸轮21转动，在取秧前拨叉24抬起，将推秧杆22提高至最高点，同时压缩弹簧25；在取秧后，秧针23在插秧位置时，拨叉24转至凸轮21缺口，处于自由状态，将推秧弹簧25推动推秧杆22向下快速运动，将秧苗推入土中，避免秧苗回带。

如图6、图7所示，a为本分插机构实施例中秧爪尖部的轨迹的静轨迹即机器不行走时的轨迹，图7中，b为动轨迹即机器行走时的轨迹，c为秧苗，d为地平线，e为秧爪，s为植坑宽度。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种乘坐式插秧机的变形偏心圆-非圆齿轮旋转式分插机构，它包括传动部件和栽植臂部件；传动部件是在链轮箱(12)内的传动轴(8)上装有主动链轮(7)，经链条(9)与装在链轮箱(12)内的中心轴(13)上的中心链轮(14)连接，中心轴(13)伸出链轮箱(12)外的左、右两侧轴上分别固定有内部结构相同的左、右齿轮盒(6、6′)；伸出左齿轮盒(6)外的左上、左下行星轴(16、15)上分别装有左上、左下栽植臂部件(10、11)，伸出右齿轮盒(6′)外的右上、右下行星轴(16′、15′)上分别装有右上、右下栽植臂部件(10′、11′)；其特征在于：左齿轮盒(6)的结构为：左齿轮盒(6)内的中心轴左端装有通过左法兰(17)固定在链轮箱(12)上的左中心变形偏心圆齿轮(1)，中心轴(13)用花键带动左齿轮盒(6)作旋转运动；左齿轮盒(6)内的左中心变形偏心圆齿轮(1)两侧的左上、左下中间轴(18、19)上，分别对称装有与左中心变形偏心圆齿轮(1)相互啮合的左上、左下中间共轭非圆齿轮(2、4)，左上、左下中间共轭非圆齿轮(2、4)两侧的左上、左下行星轮轴(16、15)上，分别对称装有与左上、左下中间共轭非圆齿轮(2、4)相互啮合的左上、左下行星变形偏心圆齿轮(3、5)，左上、左下行星轴(16、15)伸出左齿轮盒(6)外的一端分别固定有左上、左下栽植臂部件(10、11)；右齿轮盒(6′)的结构为：右齿轮盒(6′)内的中心轴右端装有通过右法兰(17′)固定在链轮箱(12)上的右中心变形偏心圆齿轮(1′)，中心轴(13)用花键带动右齿轮盒(6′)作旋转运动；右齿轮盒(6′)内的右中心变形偏心圆齿轮(1′)两侧的右上、右下中间轴(18′、19′)上，分别对称装有与右中心变形偏心圆齿轮(1′)相互啮合的右上、右下中间共轭非圆齿轮(2′、4′)，右上、右下中间共轭非圆齿轮(2′、4′)两侧的右上、右下行星轮轴(16′、15′)上，分别对称装有与右上、右下中间共轭非圆齿轮(2′、4′)相互啮合的右上、右下行星变形偏心圆齿轮(3′、5′)，右上、右下行星轴(16′、15′)伸出右齿轮盒(6′)外的一端分别固定有右上、右下栽植臂部件(10′、11′)。

2.根据权利要求1所述的一种乘坐式插秧机的变形偏心圆-非圆齿轮旋转式分插机构，其特征在于：所述的左、右两个齿轮盒的转动中心、中间共轭非圆齿轮转动中心和行星变形偏心圆齿轮的转动中心在同一条直线上。

3.根据权利要求1所述的乘坐式插秧机的变形偏心圆-非圆齿轮旋转式分插机构，其特征在于：所述的变形偏心圆齿轮和共轭非圆齿轮的模数、齿数、节曲线的周长都相同。

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