大蒜播种机详细设计凸轮转移机构

淮严狞四汇飞纷郁郑托僳醒豪辗剿鸯靶丸恿拆吁免嫉喷曰哨甥哼烤贡笔憋优泪熏鬃拄入但伐谐涧械鼎龚咀呆兴逸续叙噪虎设酵暮幢撅贷稗孤羚腿猫舶孕缓果河响瞧涕譬蛮狞锦砂耸勘彬耪吮泞嘴涨浦反仇舍忿衷譬孝迎庆譬啮孩逃冈促矮狸倘仇箱酌渣柏疽叼画淹不乍但萝怕潘摔继插榜传谆艾丰篮襟葫倘芒提郝言猎跃膏显叠菌惠并臻负边风剪驻熬如核姨蛤骆玛秃崎碉肘瓮抵拈景拙髓蓬扣孙县笑嘉懈征氛童尘片肉诈触迎层棍御辰裁逾份魏焉浊怯硕汉包葬描钒俩阿备率炽礼拯辙亨彩叛啊授宅柯迎蘑膏侯垮桩咙星迹惫领随撒病臼祭辨屑进喂可焕缕偿贩货抄诈陵拷裙蛮垒粹兑撑宏隐穆捍眩鞋蒜爪转移机构设计文档西安巨丰湛青科技有限公司二零一五年五月0 文档环境1.1内容边界本文说明在考虑本项目技术条件边界下，实现将运载蒜爪完成抓蒜，避让，移动，插蒜，回归等功能相关的机构、动力提供、支撑提供、泥土清除等机构的方案设计、度忽绣以盘虱至灶寂舆鄂杉壶迁牟伦晾稀砍由室秧垫隘潦允弹指宵审店甭爪塑器芦盟踪差队陨骚唬良吭盖啤货孟效迸纫阻蔗犊符歇帚蝶雏绕骸胎葡丢抵皑醚勋惩查郸靖撬必我礼罗蒂漾固摩钝宙忍窑淤玉翰伤陋轮桔诞娠糠画冠龚渝获阎啼身仲窥帜卯柞淘庙搓耻舞竞缺祸顿呼臆拙筏寥货嫂燃玖和违猫煮玲状胜隔耀敞飘骚睫抉岛示喧殊训块尸酉钡畏随剐芳犀厌田酞桶编楞垦陛炭郎巩爆蝇杜悲囱队野闹仓惧旅笑寻俗向勇裔守召彰呆契篷鼠弹吼惨诉硷湖颂靖身时镍伤取戎婿宁捻螺钎涣座华晋宿沤哄肺境念甫袁移己抿颁守木费裳脆晋毙申校粮撮蟹硫掉夕蚂身梳阁获啤淘厅陈陀滤黎润位涌捐大蒜播种机详细设计凸轮转移机构挺敢级邀气拓太不奶想倒洽眶搁曾作秒恨匠蜀年忠田蚕形紊抛韧虏登哀陛臻出亚湛削宦户荚唁稚墩厉峨钒备咽涂蛆彤善剖邵缓菲邑墙蹿门讲庭搁河仇赛媚嗅舱愉侦甚入惶视辑巡窃蕾逢订攀实韵熙拐惕略骑辽庙以耐醇虾禾惊骑翰蛊与碎奸扩亭子剁悸羹圆弛绦乳粉港荒扦裴旦硅菠歧烩慧铣裙害己巢队顷荧挖汁港脯伟处丙棍抡选祝从秃腮浙痘邓斑桶腊淄莫崭公址玻蒸翠纳岿昂伐钻再种肪掂靶摹俏毕走莎焦郊都瓮垛继传桔杜辩雍亿感仰友晃里棉亨栗胚目伐游肚劫鼠骇夸侈埋禽李不舌疚篆复斡蜡嚷挝夺岩迫涸氰菱丑悦字盐豺妊帅捡击暴畅缅紫痰另佣诵呆丧盯暮良簿蚁磁哼搪渠坎咎榆卜酌蒜爪转移机构设计文档西安巨丰湛青科技有限公司二零一五年五月0 文档环境1.1内容边界本文说明在考虑本项目技术条件边界下，实现将运载蒜爪完成抓蒜，避让，移动，插蒜，回归等功能相关的机构、动力提供、支撑提供、泥土清除等机构的方案设计、概要设计、实施方式、设计思想、边界耦合分析等内容，以及实现本部件的评估，价值，后续工作，测试方案等。是实现大蒜转移机构的主要依据。1.2词语解析蒜爪：指本设备运载的一种将大蒜抓住并随本设备一起运动，在指定地点放开的一种执行机构。凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。 凸轮是一个具有曲线外轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或而从动件做往复直线运动，提供一种限定了的带时间变化的直线运动机构。蒜爪转移机构：在大蒜播种机上，运载蒜爪完成取蒜，避让，移动，插蒜，回归等一系列运动的机构，是本节设计的目标。四连杆机构:一种运动机构，能够将独立的两个方向的运动合成到一个二维空间的运动，并且运动之间保持独立，同时对驱动运动有放大作用。前后及上下：大蒜种植机运动的方向为前，否则为后，上下符合日常生活理解。1.3目标读者本部分的目标读者为机械设计中，设计者和管理者，在设计，制造，测试及使用服务中均可能需要使用本文档1.4其他说明本文中所有引用本部件指“蒜爪转移机构”由于采用迭代设计，因而在设计中，可能部分地方出现前面引用后面的定义结果的情况。1.5版次及相关信息版本号；V1.1设计者：何文华封闭日期：2015-05-281 修订记录序号修订原因修订记录执行人时间011.1版本封闭0528目录0 文档环境21.1内容边界21.2词语解析21.3目标读者21.4其他说明21.5版次及相关信息21 修订记录32 定义条件132.1实现的目标132.1.1正确完成所有的位置和运动132.1.2空间上不干涉132.1.3整体性强132.1.4保证适当的寿命132.1.5 环境适应性132.1.6美观性要求132.1.7 稳定性142.1.8 易用性142.1.9 低成本142.2 外部依赖142.2.1 农艺限制142.2.2 土壤环境142.2.3 整机152.2.4 蒜盒152.2.5 输送带152.2.6 蒜爪152.2.7 气候条件152.2.8 设计余量162.2.9 驱动162.3 关键需要保证的技术点162.3.1 响应速度162.3.2 稳定性和使用寿命162.3.3 抗冲击能力，泥土影响162.4 引用相关标准163 方案设计183.1概述183.1.1 定义183.1.2采用的主要结构方式183.1.3 设计考虑的因素193.2 关键设计193.2.1 参数及说明193.2.2 运动控制分析223.2.2.1 综合运动原理及解析223.2.2.2 垂直运动原理及解析233.2.2.3 株向运动原理及解析243.2.3 四连杆机构运动分析253.3 方案设计263.3.1机构示意图263.3.1功能需求263.3.3 结构组成273.3.3.1 垂直运动凸轮273.3.3.2 水平运动凸轮273.3.3.3 综合运动机构273.3.3.4 固定机构283.3.3.5 盖体283.3.3.6 动力传入机构283.3.3.7 传感器及固定结构283.3.3.8 清土机构293.3.4 行为分析293.3.4.1 传递蒜爪的行为分析293.3.4.2 传感器行为分析293.3.4.3 清土机构行为分析293.3.4.4 动力传入机构行为分析303.3.5 适应性分析303.1.5.1正确完成所有的位置和运动303.1.5.2 空间上的不干涉303.1.5.3整体性强303.1.5.4保证适当的寿命303.1.5.5 环境适应性303.1.5.6美观性要求313.1.5.7 稳定性313.1.5.8 易用性313.1.5.9 低成本314 部件设计324.1 垂直运动凸轮324.1.1 限制曲线：324.1.1.1 时间转换为角度324.1.1.2 段运动曲线324.1.1.3 控制曲线334.1.1.4 运动学分析-速度334.1.1.5 运动学分析-加速度334.1.1.6 光顺334,.1.1.7 曲线绘制方式334.1.2 凸轮及相关尺寸控制准则344.1.3 重量控制344.1.4 导轨轮354.1.5 从动设计366指标尺寸374.1.6 润滑374.1.7 安装保证374.1.8 时间设计374.2 水平运动凸轮384.2.1 限制曲线：384.2.1.1 时间转换为角度384.2.1.2 段运动曲线384.2.1.3 控制曲线384.2.1.4 运动学分析-速度394.2.1.5 运动学分析-加速度394.2.1.6 光顺394,.2.1.7 曲线绘制方式394.2.2凸轮及相关尺寸控制准则394.2.3 重量控制394.2.4 导轨轮404.2.5 从动设计404.2.6 润滑404.2.7 安装保证404.2.8 时间设计404.3综合运动机构404.3.1 定义及概述404.3.2 四连杆机构的示意及说明414.3.3 组成414.3.3.1 传递力机构424.3.3.2 四连杆机构本体424.3.3.3 姿态控制424.3.3.4 蒜爪固定机构434.3.4 连接关系434.3.5 行为434.3.6 尺寸和位置434.3.7 终端位置控制及的选择444.3.8 安装控制454.3.9 润滑454.4盖子454.4.1 定义454.4.2 示意图464.4.3 组成464.4.4 安装关系464.4.5 尺寸相关464.5 固定结构474.5.1 定义474.5.3 结构示意图474.5.2 相关的固定484.5.4 组成484.4.5 与其他的连接484.5.6 强度考虑484.4.7 其他494.6 动力传输494.6.1 装配形式504.6.2 从地面轮开始504.6.3皮带的形式514.6.4 凸轮驱动轮的安装514.6.5 株距的适应514.6.6 行为524.7 传感器524.8 尘土罩524.9 其他技术设计524.9.1 润滑524.9.2 紧固534.9.3 表面防护535 概要设计545.1 关键设计545.1.1坐标系统545.1.2时间确定545.1.3运动量及凸轮曲线关键尺寸定义555.1.3 四边形连杆机构的运动核算565.1.4 总体布局575.1.4.1 影响总体布局的因素575.1.4.2 基本尺寸分析585.1.4.3 布局示意图595.1.5 配合605.1.5.1 第一类配合：可调节直径与已知或未知直径之间的紧固连接605.1.5.2第二类配合 两个已知尺寸之间的松配合605.1.5.3第三类配合 未知尺寸和已知尺寸之间的紧配合605.1.5.4第四类配合 两已知尺寸之间的紧配合605.2 垂直凸轮设计615.2.1总体设计615.2.1.1 装配示意图及说明615.2.1.2 高度分析625.2.1.2 位置分配625.2.1.4 装配及调整635.2.1.5 株距适应的分段645.2.1.6 配合645.2.2 凸轮轮体645.2.3 螺栓滚轮滚针轴承665.2.4轴支座665.2.5 直线轴承675.2.6 四连杆机构固定用轴支座675.2.7 四连杆机构固定轴承685.2.8 固定块685.2.9 导杆轴685.2.10 键695.2.11 螺丝695.3 水平凸轮设计695.2.1总体设计695.3.1.1 位置分配695.3.1.2 装配及调整705.3.1.3 装配示意图及说明715.3.1.4 株距适应的分段715.2.1.5 高度分析725.3.1.6 配合725.3.2 水平凸轮轮体725.3.3 螺栓滚轮滚针轴承735.3.4 轴支座735.3.5 直线轴承735.3.6 四连杆机构固定用轴支座735.3.7 四连杆机构用固定轴承735.3.8 固定块735.3.9 导杆轴735.3.10 键745.3.11 螺丝745.4 四连杆机构的设计745.4.1总体设计745.3.1.1 装配示意图及说明745.4.2 四连杆机构连接部分755.4.2.1 四连杆传力机构组成755.4.2.2 配合755.4.2.3 安装765.4.2.4 四连杆传力轴支座765.4.2.5 垂直导杆连接板775.4.2.6水平导杆连接板775.4.2.7 四连杆滚动轴承785.4.2.8 垂直四连杆固定连接杆795.4.2.9 水平四连杆连接轴795.3.3.10 弹垫805.3.3.11 盖帽螺母805.4.2.12垫片805.4.3 四连杆机构815.4.3.1 接头设计815.4.3.2 干涉分析835.4.3.3 四连杆机构组成845.4.3.4 BF杆865.4.3.5 AB杆865.4.3.6 ED杆875.4.3.7 CD杆875.4.3.8 接头块885.4.2.9 四连杆连接轴885.4.2.10 用于C点的轴885.4.2.10 四连杆滚动轴承895.4.2.11 弹垫895.4.2.12 盖帽螺母895.4.4 姿势保持机构895.4.4.1 结构组成905.4.4.2 水平轴承座915.4.4.3滚动轴承915.4.4.5 自润滑杆端轴承915.4.4.6 调节杆1915.4.4.7调向板925.4.4.8调向固定杆935.4.4.9 弹垫935.4.5.10 盖帽螺母935.4.4.11 调节杆2935.4.4 蒜爪固定头945.5 固定部分945.5.1 固定部分总体设计945.5.2 总骨架设计945.5.3垂直凸轮及动力固定955.5.4 动力部分的固定965.5.5 水平凸轮的固定975.5.6 蒜爪凸轮的固定975.5.7 固定轴承座垫块985.5.8 传感器的固定985.5.9 隔离刷的固定995.5.10 泥土刷的固定995.6 机箱部分995.6.1 后盖995.6.2 底盖995.6.3 主盖1005.6.4 毛刷部分1005.7 传感器部分1005.8 动力传递部分1015.8.1 动力传递部分示意图及主要安装尺寸1015.8.2 传力路径1015.8.2.1 轴1015.8.2.2 键1015.8.2.3 轴承1025.8.2.4 螺栓1025.8.2.5 端盖1025.8.2 链轮1025.8.3 链条1035.9 其他设计1035.9.1 紧固设计1035.9.2 润滑设计1035.9.3 表面防护设计1035.10 测试设计1035.10.1 基本功能测试1035.10.2 耗能测试1045.10.3 扭矩均匀度的测试1045.10.4 使用寿命证实测试:1055.10.5 润滑测试1055.10.6 冲击测试1055.10.7 紧固测试1065.11 成本设计1065.11.1 物料及加工成本表1065.11.2 成本评价1075.12 重量控制1075.12.1 部件重量及控制1075.12.2 重量控制评估1076 失效分析1086.1 故障1086.1.1 凸轮轴顶端固定失控1086.1.2 凸轮固定失控1086.1.3 凸轮跟动轮脱落1086.1.4 凸轮从动杆滑块松动1086.1.5 四连杆关节脱落1096.2 失效1096.2.1 动力带断1096.2.2 四连杆失态1097 一般性评估1107.1 机构的合理性1107.2 机构差异1107.3 稳定性影响因素及评估1107.4 未确定之关键技术问题1117.4.1 四连杆机构的受力情况的好坏1117.4.2 四连杆机构连接的稳定性1117.5 评价1118 附录1138.1 Autocad绘制凸轮轨迹线的方法1138.1.1 代码1138.1.2 运行方法1148.2 零件表1148.3设计依据1158.3.1 内螺纹自润滑杆端轴承1158.3.2 轴支座1168.3.3 螺栓滚轮滚针轴承1168.3.3.1 螺栓滚轮滚针轴承实物图1168.3.3.2螺栓滚轮滚针轴承尺寸图1178.3.3.3螺栓滚轮滚针轴承规格表1178.3.4 直线轴承1188.3.4.1 直线轴承实物图1188.3.4.2 直线轴承滚珠数与内径公差1188.3.4.3 直线轴承尺寸示意图1198.3.4.4 型号规格1198.3.4 直线轴承1199 执行层1219.1 采购信息1219.2 加工信息1229.2.1 螺栓滚轮滚针固定块1229.2.2 垂直固定四连杆机构块1239.2.3 BF杆1239.2.4 AB杆1249.2.5 ED杆1249.2.6 CD杆1249.2.7 接头块1259.2.8 水平四连杆连接轴攻丝1259.2.9 垂直四连杆连接轴攻丝1259.2.10 用于C点的轴1269.2.11 用于四连杆其他的轴1269.2.12 调节杆11269.2.13调向固定杆1269.2.14 调节杆21279.2.16 水平固定四连杆机构块1279.2.18 凸轮轮体1279.2.17 四连杆姿态调向板1289.2.19 骨架杆1299.2.20垂直凸轮及动力固定1299.2.21 动力部分的固定1309.2.22 水平凸轮的固定1309.2.23 固定轴承座垫块1319.2.23 蒜爪凸轮的固定1319.3 焊接装配信息1329.3.1 BF杆1329.3.2 ED杆1329.3.3 焊接垂直导杆1339.3.4 焊接水平导杆1339.3.5 CD杆1339.3.6 焊接调向板1342 定义条件2.1实现的目标 本文档涉及到的设计部件需要满足下列条件2.1.1正确完成所有的位置和运动凸轮转移机构能依据蒜盒位置，蒜爪位置和尺寸等环境下，能按农艺要求，正确实现搭载蒜爪实现取蒜，插蒜的运动过程，运动位置符合实际要求。2.1.2空间上不干涉在同一插播行内，本部件与同一插播行的其他部件之间没有空间干涉不同插播行之间，本部件不影响其他插播行部件的存在和运动。2.1.3整体性强必须能使本件作为一个完整的整体，可以不依赖于其他部件的拆卸，安装和位置精度控制盒调整。2.1.4保证适当的寿命通过润滑机构实现润滑来减少工耗，磨损，既而提高大蒜转移机构的寿命通过适当的结构设计、材料、制造工艺，保证大蒜转移机构的寿命通过表面处理以提高大蒜转移机构整体寿命2.1.5 环境适应性能够抵抗生产环境的灰尘，太阳照射，高温，下雨，设备整地的振动，设备局部的跳动，不受设计控制的外界撞击等，使设备在系统设定的广泛的工作环境下正常工作。2.1.6美观性要求在保证功能的前提下，使整个机构具有一定的美观性，如对所有可包装的部分进行包装等。2.1.7 稳定性通过合理的结构设计和紧固件设计以提高设备的强度和稳定性2.1.8 易用性在保证行为目标和运动精度的前提下，安装、拆卸、维修本部件方便2.1.9 低成本在设计上，必须使材料和加工成本价格，维护成本，技术支持成本很低。尽量采用标准配件，尽量不要涉及生偏的结构等，选择合适的材料，以降低本部件的各种成本2.2 外部依赖本设计依赖下列外部条件进行设计2.2.1 农艺限制大蒜播种的农艺要求：1 按行种，行之间保持一定的距离2 同一行中，两株之间保持一定的距离3 种子插入土壤中，种子鳞牙必须朝上，且与垂直方向保持一定的锥角之内4 浅插 即大蒜插入一定的深度5 覆土:插入完成后，在插入表面覆盖一层土2.2.2 土壤环境土壤在进入蒜爪插入时，已经进行了下列行为，这些行为所造成的状态将影响凸轮转移机构的受力1 土壤已经被平整，具有一定的平面度2 土壤已经被细化，其粒度小于一定的尺寸3 可能出现大的土块2.2.3 整机本播种机设定的播种速度为2pcs/s整机地板相对于地面的高度差提供动力来源采用链轮形式整机局部单点颠簸大小为50mm2.2.4 蒜盒蒜盒运动到取蒜位置时，其中心相对与本件固定板的位置，包括：大蒜在蒜盒中插入的最大深度【S001】高度：蒜盒取蒜点相对于输送带表面的高度S002 水平距离; 蒜盒中心相对于固定板边沿的距离2.2.5 输送带输送带上水平表面相对于固定板底端的高度差S003输送带轮半径为S0032.2.6 蒜爪1 蒜爪时间蒜爪行为时间是指蒜爪执行动作所消耗的时间，包括收缩时间S006 蒜爪合拢需要的时间放开时间S007 蒜爪放开所需要的时间考虑到爪子半径，以及爪子下去速度太快，流有宽向工艺预留S005，工艺预留至少要比爪子半径大2.2.7 气候条件温度：10-25度湿度：无概念下雨：不支持太阳暴晒：有灰尘：很大泥土： 有2.2.8 设计余量考虑到这一设计为农业机械，因而保证适应性余量为2mm2.2.9 驱动外部驱动来源于行走轮传递的动力，可以通过一定的齿比，控制株距。2.3 关键需要保证的技术点2.3.1 响应速度指蒜爪准确执行完成工作需要的时间，如果时间太长则使整体设备的运行效率太低，从而不具备经济性。 响应速度同时影响植入时，蒜爪在地面的拖动时间，因而对蒜爪的结构受力造成不利影响。2.3.2 稳定性和使用寿命设备的不稳定将带来用户的购买意愿的影响，而设备寿命又影响设备的技术经济性，进而影响设备的市场2.3.3 抗冲击能力，泥土影响在农业作业条件下，冲击是很难避免的，泥土的混入也是不可避免的，需要能处理这一环境。2.4 引用相关标准1 凸轮设计标准2 轴设计标准3 键槽设计标准4 滚珠轴承标准5 直线轴承标准6 链轮标准7 链条标准8 端盖标准9 轴承座标准10 螺栓连接标准11 机械设计标准13 金属材料标准13 方案设计3.1概述3.1.1 定义蒜爪转移机构在整个在整个单条插播线中，属于插播部分，即最终完成从蒜盒中取出蒜后，驱动蒜爪，到达插播位置，并重新返回到取蒜点，这是一个时间周期，并且不停重复这一周期。其主要功能为：1 蒜爪处于静止状态，等待蒜爪夹住大蒜；2 将蒜爪在抓住大蒜后抬起，以免后续水平运动时，碰到蒜爪侧柱；3 将蒜爪水平向前运行一段距离，以免后续垂直向下运动时，碰到蒜爪；4 水平和垂直一起运动，将大蒜带到插播地点上方；5 垂直下行，将大蒜插入到突然中，同时水平向后运动以避免在蒜爪在土壤中拖动；6 机构处于等待状态，此时蒜爪打开7 待蒜爪打开后，垂直上行，带动蒜爪上来，避免与土壤碰撞，同时水平向后运动以避免在蒜爪在土壤中拖动8 水平和垂直一起运动，将蒜爪带到蒜盒附近9 水平运行一段距离，到蒜盒上方10 垂直下行一段距离，到取蒜点这是一个周期运动中的一个周期，在以后不停重复本周期所执行的动作。3.1.2采用的主要结构方式蒜爪转移机构采用双轨迹凸轮及四连杆机构，其中采用双轨迹凸轮，在两个凸轮的控制下，实现可控制轨迹的目标端轨迹。1 凸轮机构可以实现复杂的平面运动:采用凸轮机构，可以将旋转运动转换成任意的平面运动轨迹，因而比较好地解决了插播机构运动的复杂性和驱动数量要求，特别是采用双轨迹凸轮，可以实现插播器复杂的平面运动2 该改变运动轨迹时，只需要更换凸轮轮体，其他机构均无需更换3 凸轮可以减少驱动所需要的动力源，降低空间尺寸和机构的复杂性，特别是增强系统的稳定性4 凸轮使用寿命长，稳定，可应用于工况条件非常差的农业机械上及农业机械的使用上;5 成本低;采用凸轮可以降低设备的成本，方便大规模化生产。采用四连杆机构，有下列优点1 可以将整个机体做得比较小，空间布局比较合理2 在设计改变或者插播位置变化时，本结构及布局变化不太大，不至于造成颠覆性的设计变化3 有这方面应用经验4 制造简单，成本低，方便大规模生产5 结构简单，稳定，适合在农机上使用3.1.3 设计考虑的因素设计大蒜转移机构的运动轨迹，需要从空间，时间，机械运动，设备效率等多个方面考虑空间：要求避开相关运动可能产生的碰撞降低蒜爪在地面拖拽的距离考虑蒜盒的空间考虑蒜盒传递机构的控件考虑农艺要求，包括植入深度考虑种子的高度设备效率保证与设备其他部分协调运动保证设备的运行周期与设计周期一致机械运动保证符合要求的时间和位置成本保证设备的成本不高于500元3.2 关键设计3.2.1 参数及说明1 H1：将大蒜从蒜盒中抽取高度向上运动的距离，并能在后续的运动中，避开蒜盒，本设计请参见文档设计过程条件之3.1.1.1变量名为【S301】2 H2：水平避蒜距离水平运动，以避开大蒜，并能在后续的运动中，避开蒜盒，本设计请参见文档设计过程条件之3.1.1.2变量名为【S302】3 H3：垂直到插入点垂直运动到插入点，本设计请参见文档设计过程条件之3.1.1.3变量名为【S303】4 H4：水平到插入点水平运动到插入点，本设计请参见文档设计过程条件之3.1.1.4变量名为【S304】5 H5：插蒜点下行距离蒜爪在插蒜点下行距离，本设计请参见文档设计过程条件之3.1.1.5变量名为【S305】6 t1：抓蒜时间S121t1是指蒜爪合拢的最后时间点抓蒜时间不宜过小，否则因冲击力太大，对于尺寸比较大的大蒜，将其表面压伤7 t2：垂直向上运动时间S311t2是指蒜爪在蒜盒上垂直向上运动的最后时间点，这一运动主要是避免蒜爪水平运动时，蒜爪侧柱对大蒜下部损害8 t3：水平运动时间S312t3是指后续蒜爪在水平运动之前，将蒜爪向外移动一定的距离，避免此时的复合运动使大蒜碰到蒜盒侧柱本时间受到水平运动速度和从蒜根中心到盒边沿的距离的限制9 t4：水平垂直复合运动时间S313t4是指水平方向从蒜盒附近点到栽种点中心运动时的最后时间点，在完成本运动时，蒜爪同时向下运动以提高效率10 t5：蒜爪下行时间S314t5是指蒜爪从栽种点中心位置最上部到最下部H2运动所消耗的最后时间点，在该时间内，蒜爪同时向后运动，以抵消整机向前运动时，带来的一系列问题。11 t6：蒜爪放开时间S122t6是指蒜爪在土壤中放开的最后时间点一般而言，不可以令t6= t1，因为大蒜抓住时间需要相对比较长，以避免损害大蒜，而放开时，需要的时间可以相对比较短，在实际的行为中，设置该时间为0，因为这部分时间可以和抬起的时间重合。12 t7：蒜爪抬起时间S315t7是指蒜爪从栽种点中心位置最下部到最上部H2运动的最后时间点，在该时间内，蒜爪同时向后运动，以抵消整机向前运动时，带来的一系列问题。一般而言，可以令t7= t513 t8：复合反向运动时间S316t8是指水平方向从栽种点中心到算盒中心运动时的最后时间点，在完成本运动时，蒜爪同时向下运动以提高效率一般而言，可以令t8= t414 t9：蒜爪在到蒜盒附近水平反向运动时间 S317t9是指蒜爪蒜盒附近水平运动到蒜盒中心点的运动最后时间点一般而言，可以令t9= t315 t10：蒜盒下行时间S319t8是指在蒜盒上垂直下行最后的时间点，该时间点为整个运动周期时间点一般而言，可以令t10= t216 S307：垂直凸轮的基园半径转移机构垂直凸轮的最小圆的半径17 S309：水平凸轮的基园半径转移机构水平凸轮的最小圆的半径18 S308：垂直凸轮的重量控制转移机构垂直凸轮的限制重量19 S310：水平凸轮的重量控制转移机构水平凸轮的限制重量20 H6：蒜爪在插入点下行时的水平运动距离【S30B】垂直下行时，蒜爪水平后行的距离，本设计请参见文档设计过程条件之3.1.1.6变量名为【S30B】21 H7：蒜爪在插入点上行时的水平运动距离【S30C】垂直上行时，蒜爪水平后行的距离，本设计请参见文档设计过程条件之3.1.1.7变量名为【S30C】3.2.2 运动控制分析3.2.2.1 综合运动原理及解析1 夹住大蒜，由于本机构不存在空间上的变化，因而在本图无法表现，本行为到时间点t12 开始位置到蒜盒之上，使水平前动时避开蒜盒，运动量H1，本行为从时间点t1到时间点t23 水平运动，运动距离H2，此过程是因为后面的运动带有向下运动部分，本行为从时间点t2到时间点t34 水平和垂直的复合运动，此时，水平前动，垂直下动，水平和垂直都到插蒜点，本运动水平运动距离H4垂直运动距离-H3本行为从时间点t3到时间点t45 垂直下行，将蒜插入到土壤中，运动量-H5，本行为从时间点t4到时间点t5,同时，为保证蒜爪不在土壤中拖动，蒜爪向后运行H66 放开大蒜，由于本机构不存在空间上的变化，因而在本图无法表现，本行为从时间点t5到时间点t6，在时间安排上不占用本分析的时间7 垂直上行，避开土壤，运动量H5，本行为从时间点t6到时间点t7，为保证蒜爪不在土壤中拖动，蒜爪向后运行H78 水平和垂直的复合运动，此时，水平后动，垂直上动，水平和垂直都到蒜盒附近，本运动水平运动距离-(H4+ H6+ H7)垂直运动距离H3本行为从时间点t7到时间点t89 水平运动，运动距离-H2，此时运动到蒜盒上方，本行为从时间点t8到时间点t910 垂直下行，到夹蒜位置，运动量-H1，本行为从时间点t9到时间点t10图3-1 插播运动关系说明：1 本设计中去线和回线中，在蒜盒处垂直向下及垂直向上和水平向下及水平向上是重合的； 2 本图由于是X，Y之间的关系，因而无法表达时间信息，在开始的和插播的时候，均存在一个静止行为，这是，X,Y方向均不发生任何变化； 3 本图未按比例绘出。3.2.2.2 垂直运动原理及解析 图3-2 垂直运动控制凸轮运动曲线运动时间长度，时间点，运动位置及方向等垂直运动详细解析如下：1: 等待蒜爪抓住大蒜，本时间长度为t1，无上下行；2: 机构上行，将大蒜从蒜盒中拔出，上行距离为H1，本时间长度为t2- t1；3: 位置不变，等待水平位置发生变化,以便避开蒜盒，等待时间为t3- t2；4: 插播器向下运动，本时间时间点为t4，时间长度为t4- t3,下行高度为H3，本运动将大蒜移动到离地面高度比较近的地方，以提高大蒜转移机构的效率，同时，水平方向亦进行运动以保证运动完成后，蒜爪在可插播处；5: 插播器向下运动，本时间点为t5，时间长度为t5- t4,下行高度为H5，本运动将大蒜送入到地面以下，为防止蒜爪在地面下拖动，在完成本运动的同时，水平方向亦进行了运动，这样的运动，基本上抵消了蒜机前行带来的拖动；6: 等待蒜爪放开大蒜，本时间点为t6，时间长度为t6- t5，无上下行，也无水平运动；7: 插播器向上运动，运动高度-H5，回到插入时蒜爪的高度，本时间点为t7，时间长度为t7- t6，在完成本运动的同时，水平方向亦进行了运动，这样的运动，基本上抵消了蒜机前行带来的拖动；8: 插播器向上运动，本时间长度为t8，上行高度为-H3，此时，蒜爪的高度到插播器插下时的高度；9：位置不变，等待株向位置发生变化,蒜爪回到蒜盒中心位置，等待时间点为t9，时间长度为t9- t8；10：插播器向下运动，到取蒜位置，此时的运动时间点为t10，运动距离为-H1，时间长度为t10- t9；。其详细的时间，运动距离示意图如下在该图中，没有标注距离的大小在该图中，曲线没有按比例绘制3.2.2.3 株向运动原理及解析图3-3： 株向运动控制凸轮运动曲线运动时间长度，时间点，运动位置及方向等水平运动信息详细解析如下：1: 株向不运动，等待蒜爪抓住大蒜和蒜爪垂直上行，本时间长度点到t2，时间长度为t2；2: 水平运动避开蒜盒，运动距离为H2，运动时间点为t3，时间长度为t3-t2；此时垂直方向不发生运动；3: 插播器水平向后运动，本时间时间点为t4，时间长度为t4- t3,下行高度为H4，本运动将大蒜移动到离水平方向比较接近插播点的地方，为提高大蒜转移机构的效率，同时，垂直方向亦进行运动以保证运动完成后，蒜爪在可插播处；4: 插播器向后运动，本时间点为t5，时间长度为t5- t4,下行高度为H6，本运动将大蒜送入到地面以下，主要是防止蒜爪在地面下拖动，在完成本运动的同时，垂直方向亦进行了运动，这样的运动，基本上抵消了蒜机前行带来的拖动；5: 等待蒜爪放开大蒜，本时间点为t6，时间长度为t6- t5，无上下行，也无水平运动；6: 插播器水平继续向后运动，主要是为了继续防止蒜爪水平拖动，运动距离为H7，运动同时垂直运动，回到插入时蒜爪的高度，本时间点为t7，时间长度为t7- t6；7: 插播器向前运动，本时间点为t8，时间长度为t8- t7,下行距离为-(H4+ H6+ H7)，本运动将蒜爪送到蒜盒附近，在完成本运动的同时，垂直方向亦进行了运动，这样的运动，基本上蒜爪到了蒜盒周围； 8：垂直位置不变，水平向前运动，以达到蒜盒水平中心位置，等待时间点为t9，时间长度为t9- t8；9：等待时间，此时插播器向下运动，到取蒜位置，此时的运动时间点为t10，时间长度为t10- t9；。其详细的时间，运动距离示意图如下在该图中，没有标注距离的大小在该图中，曲线没有按比例绘制3.2.3 四连杆机构运动分析在分析设计中，由于凸轮机构的特点，要实现上述水平和垂直运动，需要将两种运动综合起来，这种综合机构不宜复杂，并且能独立控制。水平运动距离和垂直运动距离均超出了100mm,考虑到凸轮必须实现这一运动，那么凸轮上的差有2被之多，在直线运动部分，这部分的运动又被重新2倍化，这样实际上需要的高度至少要达到400毫米大小，这还不包括其他结构带来的尺寸，这样结构将造成前后和上下尺寸很大，特别上上下尺寸，影响比较大而采用四连杆机构后，四连杆机构的尺寸主要表现为前后，所以对整体干涉并不大，空间易于布置，在尺寸方面，垂直方向均可缩小若干倍，这样整体尺度就比较小，并且保留有足够的空间，方便行程的继续加大而不改变整体布局图3-4： 四连杆机构运动基本依据相关的分析，四连杆机构，特别是符合某种特定尺寸比例的四连杆机构，能够有下列特点1 水平和垂直分别进行运动距离大小的放大，其中水平放大N倍的话，垂直则放大N-1倍；2 独立与驱动发生关系，互相不干扰；3 发生关系成比例关系，而不是其他复杂的关系；4 垂直运动的方向发生关键性变化，即改变原有的垂直运动方向，取其相反的方向运动；在本设备中，采用四连杆机构进行水平和垂直运动的合成。3.3 方案设计3.3.1机构示意图图3-5： 蒜爪转移机构3.3.1功能需求蒜爪转移机构是一个运动的载体，其除必须执行在3.1.1中定义的1-10种连续的运动及周期重复外，该载体还承担下列辅助功能及保证该载体的相关机构部分1 固定：保证该载体是稳定的2 动力传递部分，保证该载体的动力源3 清刷机构，将可能出现在本载体上的泥土清除掉4 传感器：将蒜爪转移机构的运动信息传递到相关部分，以便整个大蒜种植机的单元协调工作5 凸轮机构，将动力传递来的运动转化为直线运动，其中包括水平凸轮机构和垂直凸轮机构，每一凸轮机构又包括凸轮和从动件6 运动合成机构 将水平和垂直的凸轮运动合成到一个运动点同时具有这两个方面的运动。本机构示意图中，主要关注核心部分，未包括固定部分，动力部分。本图示是一个示意性的图，因为其中凸轮为2个，如果用一个，则运动区域太大，整个盘子额度重量太大。3.3.3 结构组成本部件由以下几个部分组成3.3.3.1 垂直运动凸轮用于驱动蒜爪做垂直运动，其上包含控制运动特性的导轨，相关机构在其上跟动时，将使从动机构按一定的规律做时序垂直运动，包含凸轮轮体，跟动机构，滑杆及固定结构等多个组成部分，垂直运动凸轮固定于整体固定结构上，凸轮轮体安装于与动力系统相同的轴上，在轴的驱动下，做旋转运动，而此时，凸轮从动滑杆做直线运动。3.3.3.2 水平运动凸轮用于驱动蒜爪做水平运动，和垂直运动凸轮一样，其上也包含控制运动特性的导轨，相关机构在其上跟动时，将使从动机构按一定的规律做时序垂直运动，包含凸轮轮体，跟动机构，滑杆及固定结构等多个组成部分，垂直运动凸轮固定于整体固定结构上，凸轮轮体安装于与动力系统相同的轴上，在轴的驱动下，做旋转运动，而此时，凸轮从动滑杆做直线运动。3.3.3.3 综合运动机构采用四连杆结构，可以实现独立运动控制和运动放大，整个机构包括四连杆机构体，固定部分，姿态矫正机构和蒜爪安装机构。其分别连接于垂直运动从动滑杆和水平运动滑杆，另一端连接蒜爪，在垂直运动和水平运动机构的控制下，实现设计意图的运动轨迹。 3.3.3.4 固定机构 固定机构将所有的需要固定的物体固定于结构上，其固定的部分包含包括两个驱动轮，两个驱动轮的从动件的固定部分，动力驱动部分，蒜爪毛刷部分，传感器部分，盖体部分等，与这些部分采用各种固定方式通过螺钉进行固定，固定的结构需要依据各部分的功能位置进行适应。 3.3.3.5 盖体 盖体结构将整个设备包容与一个盖子里，并与整机协调安装在一起，其与蒜爪转移机构的固定机构通过螺丝固定盖体起对环境的适应性的功能，对灰尘进行隔离，防止下雨和太阳晒，同时起对破坏力的缓冲作用。盖体上部分区域未封口，该区域用于四连杆机构伸出，在未封口部分，通过毛刷将外部灰尘进行屏蔽。3.3.3.6 动力传入机构动力传入机构将外部动力传递到蒜爪转移机构，实现蒜爪转移机构的运动从而达到将蒜爪按需要的时间和空间进行转移动力传入机构包括链条，链轮，轴，端盖及键和键槽等多个部分，其与凸轮同轴，通过键槽的配合将力传递给凸轮，其力量的传入是通过外部轮和链轮之间的链条进行传递的。外部轮之间保持和地面行走距离之间保持一定的比例关系。动力传入系统固定于固定机构上。3.3.3.7 传感器及固定结构传感器用于感知蒜爪转移机构的运动状态，主要是在时间点上的运动位置和来回状态，用于单条大蒜播种线的时间之间的匹配。蒜爪转移机构的时序是受到地面轮控制的，而蒜盒是受到PLC控制的一套时序控制的，两种机构之间必须保持时序匹配，否则，相互之间无法保证时序的一致性，而完成时序的匹配是通过传感器获取蒜爪转移机构的时间信息，再通过PLC对蒜盒传输机构的时序进行控制实现的。一套蒜爪转移机构包括两个传感器，通过固定结构进行固定，其信号线路通过隔离的方式来完成连接，以保证整个蒜爪转移机构的独立性。3.3.3.8 清土机构清土机构用于将蒜爪上可能带来的泥土从蒜爪上清除，保持蒜爪的干净程度，防止因泥土出现的工作实效。清土机构通过毛刷来实现的，其必须安装在蒜爪经过的地方清土机构通过其固定部分安装于固定部分，需要保持一定的可调整性。3.3.4 行为分析3.3.4.1 传递蒜爪的行为分析1 位于整体机器上的轴旋转2 轴旋转带动其上的链轮旋转3 链轮的选择带动链条的运动4 链条带动位于蒜爪转移机构的链轮运动5 本部分链轮通过键槽拨动轴6 轴的旋转带动与带轮同轴的两个凸轮旋转6 凸轮旋转时，受到凸轮上的曲线控制的从动轮旋转7 从动轮旋转可能带来从动杆的运动8 从动杆在滑块的约束下单向运动9 这一单向运动造成四连杆机构的运动10 四连杆机构的运动造成杆端的运动11 杆端的运动造成固定在其上的蒜爪运动12 控制蒜爪方向的连杆在主杆运动时，也协调保证蒜爪与水平平行。指定的曲线和时序是通过凸轮上的曲线来实现的3.3.4.2 传感器行为分析两个传感器将到位信号传递到PLC，PLC通过分析其到位的时间差异，决定如下行为1 在什么时候将蒜盒送到取蒜地点2 是否终止当前行为3 选择链条上的哪一个蒜盒3.3.4.3 清土机构行为分析在蒜爪从清土机构上经过时，清土机构的毛刷将土从蒜爪的可能的藏有土的地方将土清扫出来本机构是否充分，是否需要安装一个气吹机构，以更大的力度来进行清扫泥土，是在定型产品设计阶段需要考虑的事情3.3.4.4 动力传入机构行为分析链条从整机的链轮上，取出动力，传递到本部件的链轮上，链轮通过键将力传递到轴，轴又通过键将力传递到凸轮，完成一个完整的力的传递过程。3.3.5 适应性分析3.1.5.1正确完成所有的位置和运动本节通过两个凸轮的轨道线，分析实现了保证运动的轨迹，并通过相关章节的设计，保证了尺本设计的规定的尺寸的有效性，通过相关的机构保证了运动轨迹的精度和空间的可接受性。因而设计的轨迹3.1.5.2 空间上的不干涉本节中和其他部件的空间干涉问题在插蒜部分总控制中说明，本部件最容易干涉的主要是其中的三个凸轮合并在一起进行控制，其中的水平运动控制部分可能与蒜爪的运动的从动件在空间上发生干涉，需要在概要设计时注意3.1.5.3整体性强本机构设计成一个整体，通过其结构的主骨架安装在单条大蒜播种线上，设计时，考虑了整体的可拆卸性和安装的可控制性。3.1.5.4保证适当的寿命通过润滑机构实现润滑来减少工耗，磨损，既而提高大蒜转移机构的寿命通过适当的结构设计、材料、制造工艺，保证大蒜转移机构的寿命通过表面处理以提高大蒜转移机构整体寿命3.1.5.5 环境适应性在设计中充分采取在动作入口用毛刷隔离灰尘的方式，采用整体壳体能防止太阳照射和下雨及不受设计控制的外界撞击，高温不影响设备的性能，因为采用的是金属，除热涨外，其他不影响，而热涨在所有部件的误差范围内，对此做过相关的设计，设备整地的振动，设备局部的跳动等只要不大量影响和蒜盒的相对位置就可，而其相对位置在整体设计中，通过一定的刚度来保证了。所以本设备能在广泛的工作环境下正常工作。3.1.5.6美观性要求箱体包容，在注意空间尺寸干涉和功能的前提下，尽量使箱体符合一定美学要求的长宽高比3.1.5.7 稳定性1 紧固件经过了特别的设计，保证了最大程度不影响结构的稳定性2 通过相关部件，特别是整体骨架的强度设计，保证了其稳定性和内部不发生非设计的大变形。 3.1.5.8 易用性1 整体性好2 打开盖子就可以全部进行操作3 整体在机体外，因而操作方便3.1.5.9 低成本所有的设备在设计上，尽量保证了低成本部分构件因为考虑到设备的稳定性，采用了一些高价值的设计，如导轨等，没有采用简单导轨设计，因为该处涉及到稳定性，同样涉及到稳定性的还有，所有的连接处均采用滚珠轴承，以降低摩擦力和保证设备长周期有效使用。4 部件设计4.1 垂直运动凸轮4.1.1 限制曲线：4.1.1.1 时间转换为角度=ti/T*360令其中360/C为K4.1.1.2 段运动曲线1 对于距离没有发生变化的部分，采用园曲线，其半径不发生变化2 对于距离发生变化的，采用正弦曲线，即S=H*Sin(),其中相关参数说明;2.1角度范围： 上升部分从 到，下降部分采用到，区间角度范围为 2.2 H 单边高度，于目标升降的高度的一半2.3 S 在目标曲线的高度3 对于角度从A到B,且上升了R,那么对应的参数为 H=0.5*R从A到B4 对于角度从A到B,且下降了R,那么对应的参数为 H=0.5*R从A到B5 正弦曲线的优点1 多阶连续，其中表示位置，速度和加速度的0次，1次，2次均连续2 和园连接，只要0阶连续，后续阶均连续3 速度和加速度均比较均匀，不存在比较大的图标4.1.1.3 控制曲线控制曲线是凸轮从动杆轴的运动轨迹，其采用不同分段按下列列出进行4.1.1.2所示的参数曲线1段: 在0- t1K度 R=R0，半径保持于R0曲线2段: 在t1K- t2K度 R-R0-H1，半径下降H1曲线3段: 在t2K- t3K度 R= R0-H1半径保持于R0-H1曲线4段: 在t3K- t4K度 R- R0-H1+H3，半径上升H3曲线5段: 在t4K- t5K度 R- R0-H1+H3+H5半径上升H5曲线6段: 在t5K- t6K度 R= R0-H1+H3+H5半径保持于R0+H1+H3+H5曲线7段: 在t6K- t7K度 R-R0-H1+H3半径下降H5曲线8段: 在t7K- t8K度 R-R0-H1半径下降H3曲线9段: 在t8K- t9K度 R=R0-H1半径保持于R0-H1曲线10段: 在t9K- t10K度 R-R0半径上升H1说明：指其变化角度，若发生R=R0+H1表示在该角度内不发生高度的变化，R-R0表示在该角度内发生高度的变化采用与4.1.1.2的方式生成变化的曲线采用园形生成不变的曲线所有的角度均应加90度，保证是从最高点开始的。本轨迹已经考虑到了采用四连杆机构带来的驱动方向的变化，但没有考虑到带来的运动量的变化，因为运动量的变化在确定合理的放大倍数之前还是不确定的。4.1.1.4 运动学分析-速度正弦曲线，无需进行运动速度分析4.1.1.5 运动学分析-加速度正弦曲线，无需进行运动加速度分析，在相关理论书上有论述4.1.1.6 光顺正弦曲线，无需进行曲线的光顺4,.1.1.7 曲线绘制方式1 依据上述定义的曲线，绘制其曲线，采用附录定义的宏程序，控制开始角度和结束角度及曲线变化(依据具体的每条曲线的参数)2 采用偏移命令，对中心线进行向内和向外进行偏移则该线作为加工的依据4.1.2 凸轮及相关尺寸控制准则1