CN109863865B - 一种椭圆—组合式凹凸共轭齿轮行星轮系取苗机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种椭圆—组合式凹凸共轭齿轮行星轮系取苗机构。现有行星轮系取苗机构的锁止弧传动冲击大。本发明的中心椭圆齿轮同时与第一中间椭圆齿轮和第二中间椭圆齿轮啮合；当第一椭圆不完全齿轮与第三椭圆不完全齿轮啮合时，第一内凹齿轮与第一外凸齿轮分离；当第一椭圆不完全齿轮与第三椭圆不完全齿轮分离时，第一内凹齿轮与第一外凸齿轮啮合；当第二椭圆不完全齿轮与第四椭圆不完全齿轮啮合时，第二内凹齿轮与第二外凸齿轮分离；当第二椭圆不完全齿轮与第四椭圆不完全齿轮分离时，第二内凹齿轮与第二外凸齿轮啮合。本发明将不完全非圆齿轮设置在第二级，并利用凹凸共轭齿轮代替锁止弧，明显降低不完全非圆齿轮啮合时的冲击。
Description
技术领域
本发明属于农业移栽机械领域，涉及一种蔬菜取苗机构，具体涉及一种椭圆—组合式凹凸共轭齿轮行星轮系取苗机构。
背景技术
我国人力资源的短缺、蔬菜幼苗人工移栽劳动强度大、人工种植工作效率低，而现有的半自动蔬菜移栽机效率也不高，我国急需研发一种高效的全自动蔬菜移栽机。
现有移栽机械的取苗机构采用了行星轮系传动机构和锁止弧机构以达到取苗轨迹，但是锁止弧传动与齿轮传动的过渡阶段，由于传动比的突变，会产生很大的冲击，不利于保证高速运转中的取苗平稳性。
发明内容
本发明的目的是改善现有机构工作性能，提供一种椭圆—组合式凹凸共轭齿轮行星轮系取苗机构，该机构能实现钵苗移栽机所需的特殊轨迹的同时，改善由于锁止弧过渡阶段传动比突变导致的冲击，提高运转稳定性。
本发明包括中心轴、行星架、中心椭圆齿轮、第一中间椭圆齿轮、第二中间椭圆齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一中间组合式齿轮、第二中间组合式齿轮、第一行星组合式齿轮、第一行星轴、第二行星组合式齿轮、第二行星轴和取苗臂。所述的中心轴与行星架固连；所述的中心椭圆齿轮与机架固连；第一中间轴和第二中间轴对称设置在中心轴两侧，且均通过轴承支承在行星架上；第一中间椭圆齿轮与第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮及第一内凹齿轮通过两个圆柱销固定，且第一中间椭圆齿轮固定在第一中间轴上；第二中间椭圆齿轮与第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮及第二内凹齿轮通过两个圆柱销固定，且第二中间椭圆齿轮固定在第二中间轴上；第一行星轴和第二行星轴对称设置在行星架两端，且均通过轴承支承在行星架上；第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮和第一外凸齿轮均与第一行星轴通过花键连接；第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮和第二外凸齿轮均与第二行星轴通过花键连接；第一行星轴和第二行星轴伸出行星架外的一端分别与一个取苗臂的壳体固连；两个取苗臂的推苗凸轮均与行星架固定。所述中心椭圆齿轮的两侧分别与第一中间椭圆齿轮和第二中间椭圆齿轮通过齿轮副连接；当第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮啮合时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮分离；当第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮分离时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮啮合；当第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮与第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮啮合时，第二中间组合式齿轮的第二内凹齿轮与第二行星组合式齿轮的第二外凸齿轮分离；当第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮与第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮分离时，第二中间组合式齿轮的第二内凹齿轮与第二行星组合式齿轮的第二外凸齿轮啮合。
所述第一中间椭圆齿轮与第二中间椭圆齿轮的节曲线参数相同，第一椭圆不完全齿轮与第二椭圆不完全齿轮的节曲线参数相同，第三椭圆不完全齿轮与第四椭圆不完全齿轮的节曲线参数相同，第一内凹齿轮与第二内凹齿轮的节曲线参数相同，第一外凸齿轮与第二外凸齿轮的节曲线参数相同。
本发明具有的有益效果：
1、本发明采用的组合式非圆齿轮传动，能使取苗臂的秧针尖端运动形成满足钵苗移栽农艺要求的取苗轨迹；
2、本发明将不完全非圆齿轮设置在整个行星系传动的第二级，并利用传动较为平稳的凹凸共轭齿轮代替冲击较大的锁止弧机构，在保证取苗轨迹的前提下，使得传动比变化范围达到2以下，甚至达到1.42，明显降低不完全非圆齿轮啮合时的冲击，提高机构运动的稳定性，使实现的运动轨迹更加平滑。
3、本发明采用组合式凹凸共轭齿轮，结构简单、体积小、重量轻、振动小、制造成本低；
4、本发明采用两个取苗臂的布置方案，行星架每转一周，实现取苗—推苗运动两次，工作效率高，能适应在多种旱地蔬菜移栽作业。
附图说明
图1为本发明的整体结构剖视图；
图2为本发明的工作原理示意图；
图3为本发明中各齿轮的啮合传动示意图；
图4-1为本发明中取苗臂的内部结构剖视图；
图4-2为本发明中取苗臂的整体结构示意图；
图5为本发明的第一中间组合式齿轮与第一行星组合式齿轮啮合的传动比变化曲线图；
图中：1、中心轴，2、行星架，2-1、左行星架壳体，2-2、右行星架壳体，3、中心椭圆齿轮，4、第一中间椭圆齿轮，5、第二中间椭圆齿轮，6、第一中间轴，7、第二中间轴，8-1、第一椭圆不完全齿轮，8-2、第一内凹齿轮，9-1、第二椭圆不完全齿轮，9-2、第二内凹齿轮，10-1、第三椭圆不完全齿轮，10-2、第一外凸齿轮，11、第一行星轴，12-1、第四椭圆不完全齿轮，12-2、第二外凸齿轮，13、第二行星轴，14、取苗臂，14-1、推苗凸轮，14-2、推苗拨叉轴，14-3、推苗拨叉，14-4、弹簧，14-5、推苗杆，14-6、秧针，14-7、推苗爪，15、取苗轨迹，15-1、取苗段，15-2、推苗段，16、钵苗。
具体实施方式
如图1、2和3所示，一种椭圆—组合式凹凸共轭齿轮行星轮系取苗机构，包括中心轴1、行星架2、中心椭圆齿轮3、第一中间椭圆齿轮4、第二中间椭圆齿轮5、第一中间轴6、第二中间轴7、第一中间组合式齿轮、第二中间组合式齿轮、第一行星组合式齿轮、第一行星轴11、第二行星组合式齿轮、第二行星轴13和取苗臂14。中心轴1的一端与动力装置连接，另一端与行星架2(由固定在一起的左行星架壳体2-1和右行星架壳体2-2组成)固连；中心椭圆齿轮3与机架固连；第一中间轴6和第二中间轴7对称设置在中心轴1两侧，且均通过轴承支承在行星架2上；第一中间椭圆齿轮4与第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮8-1及第一内凹齿轮8-2通过两个圆柱销固定，且第一中间椭圆齿轮4固定在第一中间轴6上；第二中间椭圆齿轮5与第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮9-1及第二内凹齿轮9-2通过两个圆柱销固定，且第二中间椭圆齿轮5固定在第二中间轴7上；第一行星轴11和第二行星轴13对称设置在行星架2两端，且均通过轴承支承在行星架2上；第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮10-1和第一外凸齿轮10-2均与第一行星轴11通过花键连接；第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮12-1和第二外凸齿轮12-2均与第二行星轴13通过花键连接；第一行星轴11和第二行星轴13伸出行星架2外的一端分别与一个取苗臂14的壳体固连；两个取苗臂14的推苗凸轮14-1均与行星架2固定。中心椭圆齿轮3的两侧分别与第一中间椭圆齿轮4和第二中间椭圆齿轮5通过齿轮副连接；当第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮8-1与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮10-1啮合时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮8-2与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮10-2分离；当第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮8-1与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮10-1分离时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮8-2与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮10-2啮合；当第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮9-1与第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮12-1啮合时，第二中间组合式齿轮的第二内凹齿轮9-2与第二行星组合式齿轮的第二外凸齿轮12-2分离；当第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮9-1与第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮12-1分离时，第二中间组合式齿轮的第二内凹齿轮9-2与第二行星组合式齿轮的第二外凸齿轮12-2啮合，保证组合式齿轮能实现设计的传动比变化。
如图2所示，行星架2逆时针转动，利用各齿轮的不等速传动带动取苗臂的秧针14-6运动，秧针尖端形成封闭的取苗轨迹15；取苗轨迹头部的取苗段15-1设有环扣，保证取苗段从尖端至钵苗盘顶部的直线度，以保证秧针14-6能接近垂直进入、离开钵苗盘，防止损伤钵苗16；推苗段15-2为取苗轨迹尾部部位，是一段光滑曲线，改良为光滑曲线有利于提高工作稳定性、降低振动，推苗角为75°。
如图4-1和4-2所示，取苗臂14采用成熟的现有技术，如申请号为201210293743.3的专利。
如图5所示，行星架2转动的一个周期内，行星架转角β为0～240°时，第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮8-1与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮10-1啮合，本实施例中，传动比i随行星架转角β在0.38～1.8之间平滑变化，中期到达峰值1.8后平滑下降；行星架转角β为240°～360°时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮8-2与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮10-2啮合，传动比i随行星架转角β也在0.38～1.8之间变化，也只出现一个峰值，同样为1.8，但变化的速度较快，可见，传动比i在整个变化周期中变化范围小(达到1.42)，根本原因首先是凹凸齿轮实现传动的同时还取代了之前的锁止弧的过渡功能，且传动更平稳，冲击力小；根本原因还有是将不完全非圆齿轮设置在整个行星系传动的第二级，而非圆齿轮行星系设计过程是根据总传动比分配两级传动比，但由于第二级齿轮副的主动轮转角与第一级齿轮副从动轮转角相等，因此，第二级齿轮副设计受第一级齿轮副束缚，若第一级齿轮副采用不完全非圆齿轮而第二级齿轮副采用完全非圆齿轮，则第一级传动比变化范围达到2以下时，第二级齿轮副很难设计出满足要求的完全非圆齿轮，只有采用奇异齿轮(既有凹形又有凸形，设计和加工均比较困难)才能满足第二级传动比要求。可见，若是在非圆齿轮行星系的第一级采用不完全非圆齿轮啮合和凹凸齿轮，而第二级采用凸形的完全非圆齿轮，与这种方式相比，本发明也能在保证取苗轨迹的前提下，明显降低传动比i在整个变化周期中变化范围，从而明显降低不完全非圆齿轮啮合时的冲击。
该椭圆—组合式凹凸共轭齿轮行星轮系取苗机构的工作原理如下：
动力经中心轴1传给行星架2，带动行星架2转动；中心椭圆齿轮3空套在中心轴1上并与机架固连，行星架2带动第一中间椭圆齿轮4、第二中间椭圆齿轮5、第一中间组合式齿轮、第二中间组合式齿轮、第一行星组合式齿轮及第二行星组合式齿轮公转；中心椭圆齿轮3的两侧分别与第一中间椭圆齿轮4和第二中间椭圆齿轮5啮合传动；当第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮8-1与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮10-1啮合时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮8-2与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮10-2分离；当第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮8-1与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮10-1分离时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮8-2与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮10-2啮合；当第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮9-1与第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮12-1啮合时，第二中间组合式齿轮的第二内凹齿轮9-2与第二行星组合式齿轮的第二外凸齿轮12-2分离；当第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮9-1与第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮12-1分离时，第二中间组合式齿轮的第二内凹齿轮9-2与第二行星组合式齿轮的第二外凸齿轮12-2啮合，保证组合式齿轮能实现设计的传动比变化和取苗臂14的不等速传动。
当行星架2转动到推苗段15-2时，推苗凸轮14-1推动推苗拨叉14-3绕着推苗拨叉轴14-2转动，带动推苗杆14-5向取苗爪14的秧针14-6尖端方向运动，从而带着推苗杆14-5前端的推苗爪14-7向前推出完成推苗动作，同时秧针14-6在推苗爪作用下张开，钵苗16在推力下脱落；当行星架转动到取苗段15-1时，推苗拨叉14-3处于推苗凸轮14-1的近休止段，推苗杆14-5和推苗拨叉14-3在弹簧14-4的作用下回复到初始位置，秧针14-6在推苗爪14-7的作用下夹紧钵苗盘中的钵苗16，并通过秧针的特定轨迹实现夹苗—取苗动作，为下次推苗做好准备。
Claims (2)
1.一种椭圆—组合式凹凸共轭齿轮行星轮系取苗机构，包括中心轴、行星架、中心椭圆齿轮、第一中间椭圆齿轮、第二中间椭圆齿轮、第一中间轴、第二中间轴、第一行星轴、第二行星轴和取苗臂，其特征在于：还包括第一中间组合式齿轮、第二中间组合式齿轮、第一行星组合式齿轮和第二行星组合式齿轮；所述的中心轴与行星架固连；所述的中心椭圆齿轮与机架固连；第一中间轴和第二中间轴对称设置在中心轴两侧，且均通过轴承支承在行星架上；第一中间椭圆齿轮与第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮及第一内凹齿轮通过两个圆柱销固定，且第一中间椭圆齿轮固定在第一中间轴上；第二中间椭圆齿轮与第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮及第二内凹齿轮通过两个圆柱销固定，且第二中间椭圆齿轮固定在第二中间轴上；第一行星轴和第二行星轴对称设置在行星架两端，且均通过轴承支承在行星架上；第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮和第一外凸齿轮均与第一行星轴通过花键连接；第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮和第二外凸齿轮均与第二行星轴通过花键连接；第一行星轴和第二行星轴伸出行星架外的一端分别与一个取苗臂的壳体固连；两个取苗臂的推苗凸轮均与行星架固定；所述中心椭圆齿轮的两侧分别与第一中间椭圆齿轮和第二中间椭圆齿轮通过齿轮副连接；当第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮啮合时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮分离；当第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮分离时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮啮合；当第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮与第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮啮合时，第二中间组合式齿轮的第二内凹齿轮与第二行星组合式齿轮的第二外凸齿轮分离；当第二中间组合式齿轮的第二椭圆不完全齿轮与第二行星组合式齿轮的第四椭圆不完全齿轮分离时，第二中间组合式齿轮的第二内凹齿轮与第二行星组合式齿轮的第二外凸齿轮啮合；
行星架转动的一个周期内，行星架转角β为0～240°时，第一中间组合式齿轮的第一椭圆不完全齿轮与第一行星组合式齿轮的第三椭圆不完全齿轮啮合，传动比随行星架转角β在0.38～1.8之间平滑变化，中期到达峰值1.8后平滑下降；行星架转角β为240°～360°时，第一中间组合式齿轮的第一内凹齿轮与第一行星组合式齿轮的第一外凸齿轮啮合，传动比随行星架转角β也在0.38～1.8之间变化，也只出现一个峰值，同样为1.8，但变化的速度较快；传动比在整个变化周期中变化范围达到1.42。
2.根据权利要求1所述的一种椭圆—组合式凹凸共轭齿轮行星轮系取苗机构，其特征在于：所述第一中间椭圆齿轮与第二中间椭圆齿轮的节曲线参数相同，第一椭圆不完全齿轮与第二椭圆不完全齿轮的节曲线参数相同，第三椭圆不完全齿轮与第四椭圆不完全齿轮的节曲线参数相同，第一内凹齿轮与第二内凹齿轮的节曲线参数相同，第一外凸齿轮与第二外凸齿轮的节曲线参数相同。
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