CN109185413B - 一种非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构。现有行星轮系式移栽机构无法实现大位移运苗、大角度投苗姿态变化和水平投苗。本发明包括太阳轮轴、行星架、第一不完全太阳轮、第二不完全太阳轮、第一中间轮轴、第二中间轮轴、第一中间轮、第二中间轮、第三中间轮、第四中间轮、第一行星轮轴、第二行星轮轴、第一行星轮、第二行星轮和取苗臂。本发明采用非对称传动比高阶非圆齿轮副作为内部行星轮系的第一级，以一对参数相同的圆齿轮作为第二级，能够使行星架转过360°时，取苗臂转过720°，扩大了取苗臂从取苗到投苗过程中的空间摆动范围和位移距离，能够满足取苗臂大摆幅投苗姿态变化的要求，并能实现水平投苗。

Description

一种非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及适用于高速钵苗移栽机的一种非对称传动比高阶非圆齿轮行星轮系移栽机构。

背景技术

目前，行星轮系式钵苗移栽机内部轮系的两级不等速齿轮传动可采用非圆齿轮、不完全圆齿轮或者不完全非圆齿轮进行啮合传动，所有齿轮均为一阶，在一个移栽周期内取苗臂相对行星架只能转过一周，与内外两极限位置圆只相交一次，取苗臂在取苗到投苗的过程中转过的绝对角度小于90°，无法达到钵苗从取苗到投苗过程中需要大角度转动以实现姿态变化的要求，工作轨迹局限在由两极限位置圆形成的环形运动空间内的小部分区域内，限制了取苗臂从取苗点到投苗点的位移距离和姿态变换角度值，这就造成在设计移栽机其它零部件时要更多地考虑移栽机构与其它零部件及不同零部件之间发生干涉的问题，并且苗的姿态变化也被局限在一个很小的角度范围内，无法实现大位移运苗和大角度投苗姿态变化的要求。另外，钵苗移栽机投苗时一般是保证直立投苗，不能满足所有农产品的栽植需求，也有需要水平投苗的情况，比如现有大葱栽植是人手水平地把苗放进挠盘栽植器中，如果要实现大葱栽植全自动化，那就需要设计水平投苗的移栽机构。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种非对称传动比高阶非圆齿轮行星轮系移栽机构，使用一套机构实现取苗与投苗，并且在一个工作周期内取苗臂能够相对行星架转动两周，以实现在取苗到投苗过程中钵苗需大角度转动的姿态变化要求、大位移要求和水平投苗要求。

本发明包括太阳轮轴、行星架、第一不完全太阳轮、第二不完全太阳轮、第一中间轮轴、第二中间轮轴、第一中间轮、第二中间轮、第三中间轮、第四中间轮、第一行星轮轴、第二行星轮轴、第一行星轮、第二行星轮和取苗臂；所述的第一不完全太阳轮与第二不完全太阳轮通过端面上的牙相嵌联接；第一不完全太阳轮的圆心角小于第二不完全太阳轮的圆心角，第一不完全太阳轮和第二不完全太阳轮的齿廓在垂直于太阳轮轴的平面上的投影为一个完整的非圆齿轮，且行星架转动360°过程中，两个第一中间轮均与第一不完全太阳轮啮合传动360°，且两个第二中间轮均与第二不完全太阳轮啮合传动360°；第二不完全太阳轮与牙嵌式法兰通过端面上的牙嵌相联接，牙嵌式法兰与机架固定。所述的太阳轮轴与机架构成转动副；行星架固定在太阳轮轴上；第一中间轮轴和第二中间轮轴对称设置在太阳轮轴两侧，且均与行星架构成转动副；第一中间轮轴上通过键连接有第一中间轮、第二中间轮和第三中间轮；第二中间轮轴上通过键连接有第一中间轮、第二中间轮和第四中间轮；第一行星轮轴和第二行星轮轴对称设置在太阳轮轴两侧，且均与行星架构成转动副；第一行星轮与第一行星轮轴通过键连接，第二行星轮与第二行星轮轴通过键连接；第一不完全太阳轮与第一中间轮轴上的第一中间轮啮合时刻，第二不完全太阳轮与第一中间轮轴上的第二中间轮开始分离，第一不完全太阳轮与第一中间轮轴上的第一中间轮分离时刻，第二不完全太阳轮与第一中间轮轴上的第二中间轮开始啮合；第一不完全太阳轮与第二中间轮轴上的第一中间轮啮合时刻，第二不完全太阳轮与第二中间轮轴上的第二中间轮开始分离，第一不完全太阳轮与第二中间轮轴上的第一中间轮分离时刻，第二不完全太阳轮与第二中间轮轴上的第二中间轮开始啮合；所述的第三中间轮与第一行星轮啮合，第四中间轮与第二行星轮啮合；所述第一行星轮轴和第二行星轮轴伸出行星架外的一端均安装有取苗臂。

所述取苗臂的凸轮与行星架固定，取苗臂的壳体与第一行星轮轴或第二行星轮轴固定。

所述的第一中间轮和第二中间轮均为节曲线封闭的非圆齿轮。

所述的第三中间轮、第四中间轮、第一行星轮和第二行星轮为结构完全相同的圆齿轮。

所述取苗臂的尖点形成的移栽轨迹与内、外极限位置圆分别相交两次。所述的内极限位置圆为以行星架转动中心为圆心，以取苗臂尖点与行星架转动中心的最小距离为半径的圆；所述的外极限位置圆为以行星架转动中心为圆心，以取苗臂尖点与行星架转动中心的最大距离为半径的圆；外极限位置圆上的两个点分别作为取苗点和投苗点。

本发明具有的有益效果：

本发明创新设计了一种非对称传动比二阶非圆齿轮，并将其与完整的非圆齿轮啮合传动作为移栽机构行星轮系的第一级，以一对参数相同的圆齿轮作为第二级，有别于以往轮系式移栽机构，在一个工作周期内取苗臂能够相对行星架转动两周，可实现取苗臂从取苗到投苗大转角投苗姿态变化和大位移运苗，从而使取苗臂在投苗时的姿态变化更加丰富，并且需要时可以实现水平投苗。本发明结构简单、紧凑。

附图说明

图1为所述第一级非对称传动比高阶齿轮副的结构图。

图2为本发明行星轮系的安装示意图。

图3为本发明的整体结构示意图。

图4为本发明中行星架与取苗臂的相对转角关系图。

图5为本发明中第一不完全太阳轮与第一中间轮的传动比以及第二不完全太阳轮与第二中间轮行星轮系的传动比随行星架转角变化的关系图。

图6为本发明运动仿真时取苗臂尖点形成的移栽轨迹图。

图7为本发明取苗臂尖点形成的移栽轨迹与内、外极限位置圆形成的交点示意图。

图8为本发明取苗臂在取苗点和投苗点处与水平线所成夹角示意图。

图9为本发明取苗臂在取苗点处与水平线所成夹角的放大示意图。

图10为本发明取苗臂在投苗点处与水平线所成夹角的放大示意图。

图中：1、第一不完全太阳轮，2、第二不完全太阳轮，3、第一中间轮，4、第二中间轮，5、第三中间轮，5’、第四中间轮，6、第一行星轮，6’、第二行星轮，7、行星架，8、取苗臂，9、太阳轮轴，10、第一中间轮轴，10’、第二中间轮轴，11、第一行星轮轴，11’、第二行星轮轴，12、移栽轨迹。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3和图6所示，一种非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构，包括太阳轮轴9、行星架7、第一不完全太阳轮1、第二不完全太阳轮2、第一中间轮轴10、第二中间轮轴10’、第一中间轮3、第二中间轮4、第三中间轮5、第四中间轮5’、第一行星轮轴11、第二行星轮轴11’、第一行星轮6、第二行星轮6’和取苗臂8；第一不完全太阳轮1与第二不完全太阳轮2通过端面上的牙相嵌联接；第一不完全太阳轮1和第二不完全太阳轮2组成非对称传动比二阶非圆齿轮，即第一不完全太阳轮1的圆心角小于第二不完全太阳轮2的圆心角，第一不完全太阳轮1和第二不完全太阳轮2的齿廓在垂直于太阳轮轴9的平面上的投影为一个完整的非圆齿轮，且行星架7转动360°过程中，两个第一中间轮均与第一不完全太阳轮1啮合传动360°，且两个第二中间轮均与第二不完全太阳轮2啮合传动360°；第二不完全太阳轮与牙嵌式法兰通过端面上的牙嵌相联接，牙嵌式法兰与机架固定。行星架7固定在太阳轮轴9上；太阳轮轴9与机架构成转动副，由常速电机驱动，相对第一不完全太阳轮1和第二不完全太阳轮2作匀速转动。第一中间轮轴10和第二中间轮轴10’对称设置在太阳轮轴9两侧，且均与行星架7构成转动副；第一中间轮轴上通过键连接有第一中间轮3、第二中间轮4和第三中间轮5；第二中间轮轴10’上通过键连接有第一中间轮3、第二中间轮4和第四中间轮5’；第一行星轮轴11和第二行星轮轴11’对称设置在太阳轮轴9两侧，且均与行星架7构成转动副；第一行星轮6与第一行星轮轴11通过键连接，第二行星轮6’与第二行星轮轴11’通过键连接；第一不完全太阳轮1与第一中间轮轴上的第一中间轮3啮合时刻，第二不完全太阳轮2与第一中间轮轴上的第二中间轮4开始分离，第一不完全太阳轮1与第一中间轮轴上的第一中间轮3分离时刻，第二不完全太阳轮2与第一中间轮轴上的第二中间轮4开始啮合；第一不完全太阳轮1与第二中间轮轴上的第一中间轮3啮合时刻，第二不完全太阳轮2与第二中间轮轴上的第二中间轮4开始分离，第一不完全太阳轮1与第二中间轮轴上的第一中间轮3分离时刻，第二不完全太阳轮2与第二中间轮轴上的第二中间轮4开始啮合；第三中间轮5与第一行星轮6啮合，第四中间轮5’与第二行星轮6’啮合；第一行星轮轴11和第二行星轮轴11’伸出行星架7外的一端均安装有取苗臂8；取苗臂8采用现有技术(如申请号为201110164729.9的栽植臂)，取苗臂8的凸轮与行星架7固定；取苗臂8的壳体与第一行星轮轴11或第二行星轮轴11’固定。

第一中间轮3和第二中间轮4均为节曲线封闭的非圆齿轮。

第三中间轮5、第四中间轮5’、第一行星轮6和第二行星轮6’为结构完全相同的圆齿轮，因此，第三中间轮5与第一行星轮6的传动比以及第四中间轮5’与第二行星轮6’的传动比均为1。

该非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构的工作原理如下：

行星架以恒定的转速运动，初始时，第一中间轮轴上的第一中间轮与第一不完全太阳轮首先开始啮合传动，使得第一中间轮轴上的第一中间轮作非匀速转动，带动第一中间轮轴10、第三中间轮5和第一中间轮轴上的第二中间轮4作非匀速转动；第三中间轮5带动第一行星轮6和第一行星轮轴11转动；此时，第二不完全太阳轮2与第一中间轮轴上的第二中间轮4分离，但与第二中间轮轴上的第二中间轮4为啮合状态，第二中间轮轴上的第二中间轮4带动第二中间轮轴10’、第四中间轮5’以及第二中间轮轴10’上的第一中间轮3作非匀速转动；第四中间轮5’带动第二行星轮6’和第二行星轮轴11’转动；第一中间轮轴上的第一中间轮与第一不完全太阳轮啮合完毕时，第一中间轮轴上的第一中间轮相对行星架转过360°，第一行星轮6与第三中间轮5为结构相同的圆齿轮，第一行星轮轴11上的取苗臂与第一中间轮3具有相同的转动规律，故第一行星轮轴11上的取苗臂相对行星架也转过360°；此时，第一中间轮轴10上的第二中间轮与第二不完全太阳轮刚进入啮合传动，第一中间轮轴10上的第二中间轮也作非匀速转动；第一中间轮轴10上的第二中间轮与第二不完全太阳轮啮合完毕时，相对行星架也转过360°，第一行星轮轴11上的取苗臂相对行星架再次转过360°。经上述过程行星架转过360°，回到初始位置，一个移栽周期结束，第一行星轮轴11上的取苗臂相对行星架转过720°，如图4所示，可实现取苗臂从取苗到投苗大转角投苗姿态变化和大位移运苗的要求。同理，一个移栽周期中，第二行星轮轴11’上的取苗臂也相对行星架转过720°。随着行星架的转动，第一中间轮轴和第二中间轮轴上的第一中间轮交替与第一不完全太阳轮啮合传动，且第一中间轮轴和第二中间轮轴上的第二中间轮交替与第二不完全太阳轮啮合传动，循环往复。

图5中，粗实线部分为第一不完全太阳轮1与第一中间轮3的传动比，细实线部分为第二不完全太阳轮2与第二中间轮4的传动比；两部分传动比不对称是由于第一不完全太阳轮1和第二不完全太阳轮2组成了非对称传动比二阶非圆齿轮。

本发明通过非对称传动比二阶非圆齿轮实现取苗臂从取苗到投苗大转角投苗姿态变化和大位移运苗，详细说明如下：

图7中，直径较小的虚线圆为以行星架转动中心为圆心，以取苗臂尖点与行星架转动中心的最小距离为半径的内极限位置圆，直径较大的虚线圆为以行星架转动中心为圆心，以取苗臂尖点与行星架转动中心的最大距离为半径的外极限位置圆；本发明移栽机构在一个工作周期内运动形成的移栽轨迹12与内、外极限位置圆分别相交两次，与传统轮系式移栽机构只相交一次的情况相比，可以把外极限位置圆上的两个点分别作为取苗点和投苗点，将取苗臂尖点从取苗点到投苗点之间的行程范围增大，使得在整个送苗过程中幼苗的空间位移可以有更大的变化，即实现了大位移运苗。

图8为本发明取苗臂在取苗点和投苗点处与水平线所成夹角示意图，图9与图10分别为取苗点I与投苗点II两处取苗臂与水平线夹角的局部放大图。如图9所示，在取苗点I处，取苗臂与水平面夹角为195°；如图10所示，在投苗点II处，取苗臂与水平面夹角为50°；可见，从取苗到投苗，取苗臂相对机架有145°的大摆幅转动，由此钵苗从取苗到投苗也可以有145°的大幅度姿态变化。

可见，在一个工作周期内取苗臂能够相对行星架转动两周，可实现取苗臂从取苗到投苗大转角投苗姿态变化和大位移运苗，从而使取苗臂在投苗时的姿态变化更加丰富，需要时可以实现水平投苗(钵苗水平，取苗臂并不是水平的)要求，比如在大葱栽植时水平地把苗放进挠盘栽植器中。

本发明以非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构实现的移栽轨迹为例对本发明进行阐明，形成一种“8”字形的工作轨迹，但不局限于二阶，可以为高阶，也不局限于这一种轨迹，上述具体实施方式也只是解释本发明，并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，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构，包括太阳轮轴、行星架、第一不完全太阳轮、第二不完全太阳轮、第一中间轮轴、第二中间轮轴、第一中间轮、第二中间轮、第三中间轮、第四中间轮、第一行星轮轴、第二行星轮轴、第一行星轮、第二行星轮和取苗臂，其特征在于：

所述的第一不完全太阳轮与第二不完全太阳轮通过端面上的牙相嵌联接；第一不完全太阳轮的圆心角小于第二不完全太阳轮的圆心角，第一不完全太阳轮和第二不完全太阳轮的齿廓在垂直于太阳轮轴的平面上的投影为一个完整的非圆齿轮，且行星架转动360°过程中，两个第一中间轮均与第一不完全太阳轮啮合传动360°，且两个第二中间轮均与第二不完全太阳轮啮合传动360°；第二不完全太阳轮与牙嵌式法兰通过端面上的牙嵌相联接，牙嵌式法兰与机架固定；所述的太阳轮轴与机架构成转动副；行星架固定在太阳轮轴上；第一中间轮轴和第二中间轮轴对称设置在太阳轮轴两侧，且均与行星架构成转动副；第一中间轮轴上通过键连接有第一中间轮、第二中间轮和第三中间轮；第二中间轮轴上通过键连接有第一中间轮、第二中间轮和第四中间轮；第一行星轮轴和第二行星轮轴对称设置在太阳轮轴两侧，且均与行星架构成转动副；第一行星轮与第一行星轮轴通过键连接，第二行星轮与第二行星轮轴通过键连接；第一不完全太阳轮与第一中间轮轴上的第一中间轮啮合时刻，第二不完全太阳轮与第一中间轮轴上的第二中间轮开始分离，第一不完全太阳轮与第一中间轮轴上的第一中间轮分离时刻，第二不完全太阳轮与第一中间轮轴上的第二中间轮开始啮合；第一不完全太阳轮与第二中间轮轴上的第一中间轮啮合时刻，第二不完全太阳轮与第二中间轮轴上的第二中间轮开始分离，第一不完全太阳轮与第二中间轮轴上的第一中间轮分离时刻，第二不完全太阳轮与第二中间轮轴上的第二中间轮开始啮合；所述的第三中间轮与第一行星轮啮合，第四中间轮与第二行星轮啮合；所述第一行星轮轴和第二行星轮轴伸出行星架外的一端均安装有取苗臂；

所述的第一中间轮和第二中间轮均为节曲线封闭的非圆齿轮；

所述的第三中间轮、第四中间轮、第一行星轮和第二行星轮为结构完全相同的圆齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构，其特征在于：所述取苗臂的凸轮与行星架固定，取苗臂的壳体与第一行星轮轴或第二行星轮轴固定。

3.根据权利要求1所述的一种非对称传动比二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构，其特征在于：所述取苗臂的尖点形成的移栽轨迹与内、外极限位置圆分别相交两次；所述的内极限位置圆为以行星架转动中心为圆心，以取苗臂尖点与行星架转动中心的最小距离为半径的圆；所述的外极限位置圆为以行星架转动中心为圆心，以取苗臂尖点与行星架转动中心的最大距离为半径的圆；外极限位置圆上的两个点分别作为取苗点和投苗点。

Images