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浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班 级 机械 设计制 造及其 自动化 09级（ 4）班 姓 名 王鹏课题名 称 一种 插秧机 株距调 整变速 箱设计开题报 告 （包括选 题意义、研究的 基本内容与拟解 决的主要问题、 总体研究思路与 可行性分析 ， 预期研究成 果、研究工作计 划等内容，非艺 术类不少于 3000字）目录1 选题 的背景 与意义1.1 水稻 插秧机 的国内 外研究 现状及 发展趋 势1.2 插秧 机株距 调整变 速箱研 究意义2 研究 的基本 内容与 拟解决 的主要 问题2.1 基本 内容2.2 拟解 决的主 要问题3 研究 方案、 可行性 分析及 预期研 究成果3.1 研究 方案3.1.1传统 设计方 法3.1.2现代 设计方 法3.2 可行 性分析3.3 预期 研究成 果4 研究 工作计 划（进 度安排 ）参考 文献（开题报 告全文附后） 成绩：答 辩意 见（从选题 、 任务工作 量 、 质量预期 、 可行性等几个方面 ）答辩组长 签名：年 月 日系 主任 审核 意见 签名：年 月 日一 种插 秧机 株距 调 整变 速箱 设计 王鹏（机 械设计 制造及 其自动 化 09级（ 4）班 I09690128）1 选题的背景与意义水稻 是我国 最主要 的粮食 作物 ， 因其 种植面 积大 、 单位 面积产 量与总 产量高 ，在粮 食生产 中地位 举足轻 重，而 水稻种 植的机 械化是 水稻生 产的必 然趋势1。 大力发 展水稻 生产机 械化 ， 可以 有效争 抢农时 、 抵御 自然灾 害的影 响 、 确保 和扩大种植 面积、 提高水 稻产量 、节约 生产成 本 2。1.1 水稻 插秧机 的国内 外研究 现状及 发展趋 势水 稻 机 械 化 插 秧 技 术 是 继 品 种 和 栽 培 技 术 更 新 之 后 进 一 步 提 高 水 稻 劳 动 生产率 的又一 次技术 革命 。 目前 ， 世界 上水稻 机插秧 技术已 成熟 ， 日本 、 韩国 等国家以 及我国 台湾地 区的水 稻生产 全面实 现了机 械化插 秧。 国内 外较为 成熟并 普遍使 用的插 秧机 ， 其工 作原理 大体相 同 。 发动 机分别 将动力 传递给 插秧机 构和送 秧机构 ， 在两 大机构 的相互 配合下 ， 插秧 机构的 秧针插入秧 块抓取 秧苗 ， 并将 其取出 下移 ， 当移 到设定 的插秧 深度时 ， 由插 秧机构 中的插植 叉将秧 苗从秧 针上压 下，完 成一个 插秧过 程。同 时，通 过浮板 和液压 系统 ，控制 行走轮 与机体 相对位 置和浮 板与秧 针的相 对位置 ，使插 秧深度 基本一 致3。水稻 插秧种 植方式 主要集 中在亚 洲 ， 目前 国外生 产插秧 机的国 家也全 部在亚洲 ， 主要 是日本 和韩国 。 日本 是世界 上水稻 插秧机 械化水 平最高 的国家 ， 也是 插秧机 械研究 和制造 水平最 高的国 家，插 秧机技 术和产 品均处 于领先 地位。日 本 插 秧 机 产 品 已 经 形 成 标 准 化 、 系 列 化 和 多 样 化 的 格 局 。 乘 坐 式 有 3至10行 ， 步行 式有 1、 2、 4、 6行 ,每种 产品各 具特色 ,适应 于不同 的环境 条件和 生产规 模 ， 满足 不同用 户的需 要 。 日本 种植单 季水稻 ， 普遍 采用中 、 小苗 旱育稀 植技术 。插秧 机行距 为 300和 330mm4。韩 国生产 的插秧 机也有 步进式 和乘坐 式两类， 但型号 比较单 一，没 有形成 系列。 日本插 秧机主 要有下 述五方 面的特 点：(1)结构 型式有 乘坐式 和步进 式 2大类 。(2)乘坐 式插秧 机有高 速型和 普通型 2个品 种。(3)高速 插秧机 又细分 为侧重 点不同 的多个 机型。(4)耕整 地与插 秧联合 作业。(5)多用 途插秧 机。随着 国内插 秧机市 场需求 的启动 ， 未来 发展前 景广阔 。 我国 很多企 业都介 入插秧 机的开 发和生 产 ， 国外 的插秧 机企业 也改变 过去单 一的产 品出口 方式 ， 纷纷在我 国建立 独资或 合资企 业进行 插秧机 生产 ， 国内 插秧机 市场已 经形成 国际化 的竞争 局面。近年 来 ,在国 内插秧 机市场 需求下 ， 引进 和自主 开发的 产品发 展很快 ， 已初步克 服了品 种单一 的缺陷 。国内 插秧机 行距为 240和 300mm。主 要有步 行式 、 乘坐式 和独轮 乘坐式 3种类 型 。 步行 式插秧 机和高 速插秧 机主要 是合资 企业的 产品 ,国 内 生 产 的 主 要 是 独 轮 乘 坐 式 插 秧 机 ,自 主 开 发 的 步 行 式 插 秧 机 和 高 速 插 秧 机也进 入了批 量生产 阶段 。 目前 插秧机 市场的 竞争主 要来自 国外产 品 ， 韩国 的技术来自 日本其 产品价 格比较 低 ， 而且 进入我 国市场 的方式 更为灵 活 ， 因此 对我国 市场的 冲击很 大 5。根据 国外插 秧机技 术发展 情况， 插秧机 的基本 结构形 式不会 有大的 变化 ， 将来主 要向着 降低生 产成本 、提高 作业效 率的方 向发展 6。（ 1）高 速插秧 机将是 主导发 展产品 。从机 型结构 来看， 高速插 秧机具 有高效率 、 高性 能等优 势 ， 是未 来的主 要发展 方向与 主导发 展产品 ； 步进 式插秧 机由于作 业效率 低、使 用劳动 强度大 。市场 占有率 将逐步 下降。（ 2）少 免耕作 业和复 合作业 。插秧 机从单 一插秧 作业向 插秧的 同时施 肥、铺膜 和少耕 或免耕 插秧等 复式作 业方向 发展。（ 3）发 展多功 能插秧 机底盘 。插秧 机底盘 将向水 田多功 能通用 底盘方 向发展， 以提 高机器 利用率 ，降低 生产成 本。从国 内目前 水稻生 产机械 化的发 展情况 看 ， 水稻 机插秧 仍然是 水稻生 产全程机械 化的最 薄弱环 节 ， 插秧 机还处 于发展 初期 ， 未来 几年市 场需求 量将会 保持快速上 升态势 。 插秧 机产品 质量和 技术水 平将进 一步提 高 。 发展 将会出 现下述 几个方面 的特点 ：（ 1）手 扶步进 式插秧 机将是 持续发 展的机 型。（ 2）插 秧机产 品向系 列化和 多样化 发展。（ 3）水 稻种植 机械向 高速、 精准、 创新的 方向发 展。（ 4）向 降低成 本，提 高可靠 性的方 向发展 。1.2 插秧 机株距 调整变 速箱研 究意义虽然 机插水 稻实现 了定行 、 定深 、 定穴 和定苗 栽插 ， 满足 高产群 体质量 栽培中宽 行浅栽 稀植的 要求 。 但只 有使插 秧机获 得符合 标准要 求的插 秧质量 ， 才能 确保水 稻的增 产增收 。 为了 达到满 意的插 秧质量 ， 在插 秧前必 须对插 秧机进 行适当的调 整到位 ，并保 证大田 有基本 的苗数 。因水 稻品种 不同 ， 对大 田基本 苗数的 要求也 是不同 的 ， 基本 苗数过 大过小 对水稻 的生长 都不利 ， 也必 然影响 到水稻 的产量 。 而大 田的基 本苗数 是由秧 苗栽插时的 行距、 株距和 每穴株 数决定 的。插 秧机的 行距为 30cm固定 不变， 可调的 只有株 距和每 穴株数7。 所以 ， 通过 调整株 距调整 大田基 本苗数 来合理 实现水 稻栽植密 度 ， 从而 获得最 高的产 量 ， 对于 水稻种 植具有 重要的 意义 。 通过 设计合 理而高效 的株距 调整变 速器 ， 对于 适应多 品种水 稻种植 ， 不同 栽植密 度要求 ， 充分 利用机 械具有 重要意 义。2 研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1 基本 内容本次 毕业设 计中主 要完成 的内容 包括： 1）水 稻机械 化插秧 的意义 及发展2）插 秧机株 距调整 变速箱 方案设 计研究 插秧机 株距调 整变速 箱的技 术方案 ， 按照 课题内 容 ， 完成 总体方 案设计 ，实现 7个株 距 25， 21， 18， 17， 14， 12， 11（ cm）调 整。3）插 秧机株 距调整 变速箱 的结构 设计要求 结构设 计合理 、简单 ，装置 重量轻 。 4）完 成二维 、三维 图纸完成 三维、 二维装 配图和 零件图 。2.2 拟解 决的主 要问题在 整 个 株 距 调 整 变 速 器 设 计 中 ， 首 先 要 考 虑 的 问 题 是 实 现 其25,21,18,17,14,12,11（ cm） 七个 株距的 调整 。 要达 到此目 标要求 ， 必须 根据插秧机 工作行 走速度 进行插 植臂插 植速度 的设计 （株距 调整变 速器转 速设计 ） 。在确定 株距调 整变速 箱的转 速后 ， 要合 理确定 齿轮组 的变速 组数 ， 传动 比以及 齿轮参数 。 在此 基础上 要保证 变速器 结构合 理 、 简单 轻便 ， 以减 轻整机 的重量 ， 便于 插秧机 在水田 中的作 业 。 所以 在满足 七个株 距调整 的前提 下 ， 应尽 可能使 得变速 箱整体 结构小 ，重量 轻，结 构紧凑 。3 研究方案、可行性分析及预期研究成果3.1 研究 方案3.1.1传统 设计方 法当机 械系统 的执行 件的转 速或速 度需要 在一定 范围内 变化 ， 而又 允许有 一定的转 速损失 时 ， 基于 经济性 考虑 ， 采用 有级变 速系统 ， 而有 级变速 系统的 设计方法、 原则比 较系统 而成熟 。一般 设计方 法如下 所述：1）根 据插秧 机的工 作速度 确定株 距调整 的档位 数与各 档的传 动比；2）根 据挡位 数和各 档传动 比，草 拟变速 箱的传 动方案 ；3）确 定变速 箱的主 要参数 ，包括 中心距 A、齿 轮模数 m，齿 宽 b等；4）根 据变速 箱的传 动比选 配齿轮 ，确定 各档齿 轮的齿 数；5）进 行变速 箱主要 零部件 的强度 和寿命 计算， 包括齿 轮、轴 、轴承 、啮合套、 换挡离 合器的 计算；6）进 行变速 箱整体 结构设 计，绘 制总装 配图；7）进 行变速 箱各零 部件结 构设计 ,绘制 零件图8；3.1.2现代 设计方 法插秧 机在设 计时， 为减小 插秧时 的滚动 阻力， 整车全 部采用 轻量化 设计 。 而变速 器作为 高速插 秧机的 重要部 分 ， 在满 足强度 和传动 的平稳 性条件 下 ， 应尽 量减小 体积 、 减轻 质量 。 因此 ， 在高 速插秧 机变速 器的设 计过程 中 ， 采用 传统的 设计方 法很难 得到理 想的设 计效果 。 而优 化设计 方法在 汽车变 速器设 计中得 到了广泛的 应用 。 借鉴 此方法 对高速 插秧机 的主变 速器进 行设计 ， 使变 速器在 满足一 定的性 能条件 下，减 轻质量 、增加 传动的 平稳性 。影响 主变速 器设计 的因素 很多 ， 为了 使问题 简化 ， 设计 时主要 考虑各 档啮合齿轮 的模数 、齿数 和齿宽 ，以此 作为设 计变量 。变速 器在达 到动力 性和使 用性要 求情况 下，应 该尽量 减小体 积以减 轻质量 、节省 成本 。 由于 变速器 的整体 尺寸主 要取决 于齿轮 系 ， 故以 变速器 齿轮体 积之和最小 作为第 一目标 函数。 高速 插秧机 变速器 优化的 约束条 件可以 分为设 计准则 约束和 性能条 件约束 。前者 用以满 足设计 变量的 基本要 求，后 者用于 限制变 速器的 强度性 能 9。3.2 可行 性分析传统 有级变 速系统 的设计 方法 、 原则 比较系 统而成 熟 。 在本 科学习 期间已 经对涉 及其中 的各种 原理有 了直接 的接触 学习 ， 掌握 了其基 本规律 ， 且有 课程设 计的实 践基础 ，运用 传统设 计方法 进行变 速器的 设计问 题不大 。 随着 科学技 术的快 速发展 ， 有限 元分析 方法和 优化设 计等先 进设计 方法都 得到开 发应用 ， 这些 软件的 设计基 础都是 过去的 力学分 析和计 算方法 ， 很多 新开发的软 件价格 昂贵 ， 但其 中仍然 存在很 多的不 足 ， 通过 对国外 的很多 齿轮计 算资料的 研 究 和 分 析 ， 同 时 结 合 我 们 自 身 变 速 器 设 计 的 实 际 条 件 和 学 习 情 况 ， 使 用MATLAB编 程可 以 实现 传 动轴 和 变速 齿 轮的 辅 助设 计 以及 计 算， 节 省了 时 间， 并简化 了计算 过程 ， 且在 降低成 本的同 时 ， 应用 起来比 较方便 。 并且 程序的 计算结果较 为准确 ，在变 速器传 动轴和 齿轮的 设计上 应用值 得信赖 。3.3 预期 研究成 果在完 成株距 调整变 速箱七 个株距 调整的 设计要 求的基 础上 ， 实现 变速箱 结构设计 合理、 简单， 装置重 量轻的 优化设 计，完 成二维 图纸， 三维建 模。4 研究工作计划（进度安排）起止 时间 内容2012.11.15至 2012.12.10 调研 、信息 汇总， 文献查 阅分析2012.12.10至 2012.12.31 外文 翻译 、 文献 综述 、 开题 报告 ， 并熟 悉理论 力学 、机械 原理等 相关知 识2013.01.01至 2013.01.0