CN204669867U - 一种水稻插秧机的分插机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水稻插秧机的分插机构，包括链轮箱体、链传动机构、齿轮箱体、齿轮传动机构、中心轴以及栽植臂部件，所述中心轴穿过链轮箱体并与链传动机构中的从动链轮连接，该中心轴的端部伸入到齿轮箱体内并与该齿轮箱体固定连接；所述齿轮传动机构包括偏心正圆齿轮、与偏心正圆齿轮共轭的非圆齿轮、与非圆齿轮同轴安装的正圆齿轮以及与正圆齿轮相啮合的行星圆齿轮，其中，所述偏心正圆齿轮与链轮箱体固定连接，所述中心轴的中心线从该偏心正圆齿轮的偏心部位穿过，所述行星轴伸出齿轮箱体外与所述栽植臂部件连接。本实用新型的分插机构在满足插秧农艺要求的条件下，减少了非圆齿轮的应用，可以有效的控制分插机构的设计、制造成本。

Description

一种水稻插秧机的分插机构

技术领域

本实用新型涉及水稻插秧机，具体涉及一种水稻插秧机的分插机构。

背景技术

目前，在市场上流行出售的水稻插秧机中，负责将秧苗插从秧盘上取下并插入到田中的分插机构主要有两种：曲柄摇杆式分插机构和旋转式分插机构。分插机构在工作过程中需要保证秧爪具有合理的运动轨迹，以便能够优质、高效地将秧苗插入到田中。在所述曲柄摇杆式分插机构和旋转式分插机构中，曲柄摇杆式分插机构通过改变曲柄转动中心与摇杆摆动中心位置来改变秧抓的相对运动轨迹；而旋转式分插机构通过更改分插机构的齿轮各项参数来实现符合农艺的插秧轨迹。

现有的旋转式分插机构多采用较多的非圆齿轮、椭圆齿轮及其组合形式来实现传动。但是非圆齿轮的设计与加工制造不同于普通正圆齿轮，其齿廓曲线要经过复杂的数学模型推导，并自主开发齿廓软件设计而成；加工制造主要采用线切割方法，其制造成本较高和工序较复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水稻插秧机的分插机构，该分插机构在满足插秧农艺要求的条件下，减少了非圆齿轮的应用，可以有效的控制分插机构的设计、制造成本。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种水稻插秧机的分插机构，包括链轮箱体、设在链轮箱体内的链传动机构、齿轮箱体、设在齿轮箱体内的齿轮传动机构、中心轴以及栽植臂部件，其中，所述中心轴穿过所述链轮箱体并与链传动机构中的从动链轮连接，该中心轴的端部伸入到齿轮箱体内并与该齿轮箱体固定连接；

所述齿轮传动机构包括偏心正圆齿轮、与偏心正圆齿轮共轭的非圆齿轮、与非圆齿轮同轴安装的正圆齿轮以及与正圆齿轮相啮合的行星圆齿轮，其中，所述偏心正圆齿轮与链轮箱体固定连接，所述中心轴的中心线从该偏心正圆齿轮的偏心部位穿过；所述非圆齿轮和正圆齿轮通过中间轴连接在齿轮箱体上，所述行星圆齿轮通过行星轴连接在齿轮箱体上，所述行星轴伸出齿轮箱体外与所述栽植臂部件连接。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述中心轴的中部穿过所述链轮箱体，该中心轴的两端分别设置一个齿轮箱体，两个齿轮箱体对称地设置在链轮箱体两侧；每个齿轮箱体中设有一个偏心正圆齿轮，该偏心正圆齿轮的两侧分别设有一组由所述非圆齿轮、正圆齿轮以及行星圆齿轮构成的齿轮组，两组齿轮组对称地设置在中心轴的两侧，且每个齿轮组中的行星圆齿轮连接一个栽植臂部件。

通过采用上述方案，使得本实用新型的分插机构在一个工作周期中，每个链轮箱体内的齿轮传动机构能够完成两个插秧动作，一共可以完成四个插秧动作，从而提高作业效率；此外，所述的链轮箱体及其内的齿轮组对称设置，使得整个分插机构运行更加平稳，减小振动。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述链传动机构包括主动链轮、从动链轮和传动链，其中，所述主动链轮通过链轮轴连接在链轮箱体上，所述链轮轴与动力机构连接；所述从动链轮连接在所述中心轴上，所述传动链连接在主动链轮和从动链轮上。通过上述链传动机构将动力机构输出的旋转动力传递给中心轴，从而带动两个齿轮箱体及其内的齿轮传动机构工作。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述偏心正圆齿轮通过法兰盘与链轮箱体固定连接，这样便于偏心正圆齿轮的安装和拆卸。

本实用新型的一个优选方案，其中，在中心轴的端面视图中，所述中心轴、中间轴以及行星轴的中心的连线为非直线，其目的在于减少齿轮盒在某一方向的空间结构尺寸。

进一步地，在中心轴的端面视图中，所述中心轴、中间轴以及行星轴的中心的连线构成三角形。其目的在于：在高速运转时，齿轮及轴均匀布置在行星架转动中心，防止某一方向零部件布置过多而引起转动惯量过大。

本实用新型的一个优选方案，所述偏心正圆齿轮、非圆齿轮以及正圆齿轮三种齿轮的模数、齿数均相同，其目的在于：方便齿轮的批量加工制造，同时，避免某一齿轮由于齿数过少而啮合次数过多，从而引起齿轮承受疲劳强度过大。

本实用新型的一个优选方案，其中，所述栽植臂部件由凸轮、拔叉、弹簧、推秧套筒、推秧杆以及秧爪构成。

本实用新型的工作原理是：

工作过程中，链轮箱体内的链传动机构带动中心轴转动，与中心轴固定连接的齿轮箱体也随中心轴一起转动；齿轮箱体内的偏心正圆齿轮由于与链轮箱体固定连接，因此固定不动；与偏心正圆齿轮共轭的非圆齿轮随着齿轮箱体的转动而在偏心正圆齿轮外作非圆形轨迹的行星运动，进而带动同轴设置的正圆齿轮运动；随齿轮箱体一起转动的行星圆齿轮在正圆齿轮外作行星运动，从而带动与之同轴连接的栽植臂部件作循环运动，栽植臂部件的循环运动构成周期性的插秧动作。

在中心轴转动一周过程中，所述栽植臂部件(具体可指其中的秧爪)随齿轮箱体作封闭轨迹的运动，由于所述中心轴与栽植臂部件之间的齿轮传动机构包依次含了偏心正圆齿轮与非圆齿轮之间的第一级传动以及正圆齿轮与行星圆齿轮之间的第二级传动，使得栽植臂部件在绕中心轴中心转动的同时，也绕自身的转动中心自转，使得栽植臂部件的运行轨迹为非圆轨迹，具体为符合插秧农艺要求的“海豚型”轨迹，该“海豚型”轨迹中尖端部分与将秧苗插入田中时的动作对应，由这部分轨迹形成的插秧动作具有插秧穴口小、利于立秧、漂秧率和倒秧率低等优点；此外，非圆齿轮与偏心正圆齿轮相配合实现的传动使得非圆齿轮输出的自转运动为非等速转动，从而使得栽植臂部件在作“海豚型”运动过程中在不同位置的运行速度不同，具体是秧爪从取秧到插秧的过程中速度相对较慢，而从插秧后返回至取秧的过程中速度相对较快，从而既确保了插秧的质量(送秧过程要求速度较慢)，也提高了作业效率(空行程要求速度快，节省时间)。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、在齿轮传动机构中，只采用了一个非圆齿轮，其他齿轮都是圆齿轮，即可保证秧爪具有符合插秧农艺要求的“海豚型”工作轨迹，从而降低设计、制造难度，降低成本。

2、在齿轮传动机构中，只采用了偏心正圆齿轮与非圆齿轮之间的第一级传动以及正圆齿轮与行星圆齿轮之间的第二级传动，因此传动的级数少，结构紧凑，缩减齿轮箱体的整体尺寸。

附图说明

图1和图2为本实用新型的水稻插秧机的分插机构的一个具体实施方式的结构简图，其中，图1为主视图，图2为左视图。

图3和图4为本实用新型的偏心圆齿轮节曲线与非圆齿轮节曲线啮合示意图，其中，图3为初始时刻图示意图，图4为经过一段时间后的示意图。

图5为本实用新型的偏心圆齿轮三维模型与非圆齿轮三维模型啮合示意图。

图6和图7分别为本实用新型的分插机构工作过程中秧爪形成的静态轨迹与动态轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

参见图1和图2，本实用新型的水稻插秧机的分插机构包括链轮箱体1、设在链轮箱体1内的链传动机构、齿轮箱体4、设在齿轮箱体4内的齿轮传动机构、中心轴12以及栽植臂部件9。其中，所述中心轴12穿过所述链轮箱体1并与链传动机构中的从动链轮3连接，该中心轴12的端部伸入到齿轮箱体4内并与该齿轮箱体4固定连接。

参见图1和图2，所述齿轮传动机构包括偏心正圆齿轮5、与偏心正圆齿轮5共轭的非圆齿轮6、与非圆齿轮6同轴安装的正圆齿轮7以及与正圆齿轮7相啮合的行星圆齿轮8，其中，所述偏心正圆齿轮5与链轮箱体1固定连接，所述中心轴12的中心线从该偏心正圆齿轮5的偏心部位穿过(偏心正圆齿轮5中“偏心”的含义是指该齿轮的几何中心与中心轴12的中心线不重合)；所述非圆齿轮6和正圆齿轮7通过中间轴10连接在齿轮箱体4上，所述行星圆齿轮8通过行星轴11连接在齿轮箱体4上，所述行星轴11伸出齿轮箱体4外与所述栽植臂部件9连接。

参见图1和图2，所述中心轴12的中部穿过所述链轮箱体1，该中心轴12的两端分别设置一个齿轮箱体4，两个齿轮箱体4对称地设置在链轮箱体1两侧；每个齿轮箱体4中设有一个偏心正圆齿轮5，该偏心正圆齿轮5的两侧分别设有一组由所述非圆齿轮6、正圆齿轮7以及行星圆齿轮8构成的齿轮组，两组齿轮组对称地设置在中心轴12的两侧，且每个齿轮组中的行星圆齿轮8连接一个栽植臂部件9。通过采用上述方案，使得本实用新型的分插机构在一个工作周期中，每个链轮箱体1内的齿轮传动机构能够完成两个插秧动作，一共可以完成四个插秧动作，从而提高作业效率；此外，所述的链轮箱体1及其内的齿轮组对称设置，使得整个分插机构运行更加平稳，减小振动。

参见图1和图2，所述链传动机构包括主动链轮2、从动链轮3和传动链14，其中，所述主动链轮2通过链轮轴连接在链轮箱体1上，所述链轮轴与动力机构连接；所述从动链轮3连接在所述中心轴12上，所述传动链14连接在主动链轮2和从动链轮3上。通过上述链传动机构将动力机构输出的旋转动力传递给中心轴12，从而带动两个齿轮箱体4及其内的齿轮传动机构工作。

参见图1和图2，所述偏心正圆齿轮5通过法兰盘13与链轮箱体1固定连接，这样便于偏心正圆齿轮5的安装和拆卸。

参见图2，在中心轴12的端面视图中，所述中心轴12、中间轴10以及行星轴11的中心的连线为非直线，具体为三角形。如图2所示，中心轴12、2个中间轴10、2个行星轴11以中间轴10为交点形成了两个三角形(abc，ab’c’)布置，且这两个三角形(abc，ab’c’)关于齿轮箱体4中心(a点)对称。

参见图1和图2，所述偏心正圆齿轮5、非圆齿轮6以及正圆齿轮7三种齿轮的模数、齿数均相同，其目的在于方便齿轮的批量加工制造，同时，避免某一齿轮由于齿数过少而啮合次数过多，从而引起齿轮承受疲劳强度过大。

参见图1和图2，所述栽植臂部件9由凸轮、拔叉、弹簧、推秧套筒、推秧杆以及秧爪构成，可参照现有技术来实施。

下面结合附图对本实用新型的工作原理作详细描述：

参见图1和图2，工作过程中，链轮箱体1内的链传动机构带动中心轴12转动，与中心轴12固定连接的齿轮箱体4也随中心轴12一起转动；齿轮箱体4内的偏心正圆齿轮5由于与链轮箱体1固定连接，因此固定不动；与偏心正圆齿轮5共轭的非圆齿轮6随着齿轮箱体4的转动而在偏心正圆齿轮5外作非圆形轨迹的行星运动，进而带动同轴设置的正圆齿轮7运动；随齿轮箱体4一起转动的行星齿轮8在正圆齿轮7外作行星运动，从而带动与之同轴连接的栽植臂部件9作循环运动，栽植臂部件9的循环运动构成周期性的插秧动作。

在中心轴12转动一周过程中，所述栽植臂部件9(具体可指其中的秧爪)随齿轮箱体4作封闭轨迹的运动，由于所述中心轴12与栽植臂部件9之间的齿轮传动机构包依次含了偏心正圆齿轮5与非圆齿轮6之间的第一级传动以及正圆齿轮7与行星圆齿轮8之间的第二级传动，使得栽植臂部件9在绕中心轴12中心转动的同时，也绕自身的转动中心自转，使得栽植臂部件9的运行轨迹为非圆轨迹，具体为符合插秧农艺要求的“海豚型”轨迹，该“海豚型”轨迹中尖端部分与将秧苗插入田中时的动作对应，由这部分轨迹形成的插秧动作具有插秧穴口小、利于立秧、漂秧率和倒秧率低等优点；此外，非圆齿轮6与偏心正圆齿轮5相配合实现的传动使得非圆齿轮6输出的自转运动为非等速转动，从而使得栽植臂部件9在作“海豚型”运动过程中在不同位置的运行速度不同，具体是秧爪从取秧到插秧的过程中速度相对较慢，而从插秧后返回至取秧的过程中速度相对较快，从而既确保了插秧的质量(送秧过程要求速度较慢)，也提高了作业效率(空行程要求速度快，节省时间)。

在本实用新型的实施过程中，所述非圆齿轮的设计尤其关键，下面对其实施方法作进一步详细的描述：

非圆齿轮设计的第一步是节曲线的设计，一般有三种设计方法：一、按要求的传动比函数和中心距计算节曲线；二、按要求再现的函数和中心距计算节曲线；三、按要求符合主动齿轮节曲线方程和中心距计算从动轮节曲线。本实用新型将按照第三种方法来设计偏心正圆-非圆齿轮。

如图3和图4所示，某时刻位置，主动轮A的瞬时角速度为w1，从动轮B的瞬时角速度为w2，两轮转过角度分别为φ1、φ2。Q点为主动轮和从动轮节曲线的啮合点。初始时刻时，φ1＝φ2＝0。r1、r2分别为两齿轮节曲线的曲率半径，建立直角坐标系XOY，可得偏心圆节曲线方程：

$r_1=\sqrt{R^2-e^2*{\sin }^2{\mathrm{\φ}}_1}+e*\cos {\mathrm{\φ}}_1---\left(1\right)$

i12为齿轮传动比：

$i_{12}=-\frac{r_2}{r_1}=-\frac{a-r_1}{r_1}---\left(2\right)$

r1以2π为一个变化周期，为了满足齿轮单向连续性传动，以传递周期性的运动关系，要求从动轮节曲线也应该是封闭的，偏心圆齿轮转角φ1为0-2π变化时，从动轮转角φ2应为0-2π变化，所以：

${\mathrm{\φ}}_2=-\underset{0}{\overset{{\mathrm{\φ}}_1}{\∫}}\frac{1}{i_{12}}d{\mathrm{\φ}}_1---\left(3\right)$

$\begin{array}{c}2\mathrm{\π}=-\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\frac{1}{i_{12}}d{\mathrm{\φ}}_1=\underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\frac{r_1}{r_2}d{\mathrm{\φ}}_1=\\ \underset{0}{\overset{2\mathrm{\π}}{\∫}}\frac{\sqrt{R^2-e^2*{\sin }^2{\mathrm{\φ}}_1}+e*\cos {\mathrm{\φ}}_1}{a-\sqrt{R^2-e^2*{\sin }^2{\mathrm{\φ}}_1}-e*\cos {\mathrm{\φ}}_1}d{\mathrm{\φ}}_1\end{array}---\left(4\right)$

由此式可解出中心距a值；求得从动轮的节曲线方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{r}_2=a-r_1=a-\sqrt{R^2-e^2*{\sin }^2{\mathrm{\φ}}_1}+e*\cos {\mathrm{\φ}}_1\\ {\mathrm{\φ}}_2=\underset{0}{\overset{{\mathrm{\φ}}_1}{\∫}}\frac{\sqrt{R^2-e^2*{\sin }^2{\mathrm{\φ}}_1}+e*\cos {\mathrm{\φ}}_1}{a-\sqrt{R^2-e^2*{\sin }^2{\mathrm{\φ}}_1}-e*\cos {\mathrm{\φ}}_1}d{\mathrm{\φ}}_1\end{array}\right.---\left(5\right)$

如图5所示，该图是本实用新型的偏心圆齿轮三维模型与非圆齿轮三维模型啮合示意图。非圆齿轮的节曲线是非圆形状，不能按照一般的设计方法在三维CAD软件设计生成。本实用新型按照上述非圆齿轮设计中的节曲线方程，利用MATLAB软件的图像生成技术，生成非圆齿轮的节曲线图形，然后提取所求节曲线的数据导入KissSoft软件中，设置齿轮其它参数，自动生成非圆齿轮的齿廓曲线，最后导入三维CAD软件(如solidworks软件)生成非圆齿轮的实体，并检验运动过程有无干涉现象。

为了直观地显示本实用新型的分插机构中的秧爪工作时的轨迹，可以通过仿真软件对秧爪工作时的轨迹进行模拟，具体方法是：利用solidworks软件对分插机构中的各个部件进行建模，并进行装配设计，最后保存为Parasolid格式，导入机械动力学仿真软件ADAMS中，对分插机构做运动学分析，跟踪秧针尖轨迹，提取秧针尖的静态轨迹和插秧时的动态轨迹，结果分别如图6和图7所示。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水稻插秧机的分插机构，包括链轮箱体、设在链轮箱体内的链传动机构、齿轮箱体、设在齿轮箱体内的齿轮传动机构、中心轴以及栽植臂部件，其中，所述中心轴穿过所述链轮箱体并与链传动机构中的从动链轮连接，该中心轴的端部伸入到齿轮箱体内并与该齿轮箱体固定连接；其特征在于：

所述齿轮传动机构包括偏心正圆齿轮、与偏心正圆齿轮共轭的非圆齿轮、与非圆齿轮同轴安装的正圆齿轮以及与正圆齿轮相啮合的行星圆齿轮，其中，所述偏心正圆齿轮与链轮箱体固定连接，所述中心轴的中心线从该偏心正圆齿轮的偏心部位穿过；所述非圆齿轮和正圆齿轮通过中间轴连接在齿轮箱体上，所述行星圆齿轮通过行星轴连接在齿轮箱体上，所述行星轴伸出齿轮箱体外与所述栽植臂部件连接。

2.根据权利要求1所述的水稻插秧机的分插机构，其特征在于，所述中心轴的中部穿过所述链轮箱体，该中心轴的两端分别设置一个齿轮箱体，两个齿轮箱体对称地设置在链轮箱体两侧；每个齿轮箱体中设有一个偏心正圆齿轮，该偏心正圆齿轮的两侧分别设有一组由所述非圆齿轮、正圆齿轮以及行星圆齿轮构成的齿轮组，两组齿轮组对称地设置在中心轴的两侧，且每个齿轮组中的行星圆齿轮连接一个栽植臂部件。

3.根据权利要求2所述的水稻插秧机的分插机构，其特征在于，所述链传动机构包括主动链轮、从动链轮和传动链，其中，所述主动链轮通过链轮轴连接在链轮箱体上，所述链轮轴与动力机构连接；所述从动链轮连接在所述中心轴上，所述传动链连接在主动链轮和从动链轮上。

4.根据权利要求1～3任一项所述的水稻插秧机的分插机构，其特征在于，所述偏心正圆齿轮通过法兰盘与链轮箱体固定连接。

5.根据权利要求2所述的水稻插秧机的分插机构，其特征在于，在中心轴的端面视图中，所述中心轴、中间轴以及行星轴的中心的连线为非直线

6.根据权利要求5所述的水稻插秧机的分插机构，其特征在于在中心轴的端面视图中，所述中心轴、中间轴以及行星轴的中心的连线构成三角形。

7.根据权利要求2所述的水稻插秧机的分插机构，其特征在于，所述偏心正圆齿轮、非圆齿轮以及正圆齿轮三种齿轮的模数、齿数均相同

8.根据权利要求1～3任一项所述的水稻插秧机的分插机构，其特征在于，所述栽植臂部件由凸轮、拔叉、弹簧、推秧套筒、推秧杆以及秧爪构成。