1、個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用多寧波理工學(xué)院畢業(yè)論文設(shè)計說明書題目自動駕駛插秧機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計姓名方方學(xué)號學(xué)60611124分院系）機(jī)電與能源分院專業(yè)班級 06級機(jī)械設(shè)計制造及自動化 4班指導(dǎo)教師職稱）張方明2018年5月20日個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用摘要本文設(shè)計自動導(dǎo)航插秧機(jī)的電控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、油門控制機(jī)構(gòu)與剎車控制機(jī) 構(gòu)。電控轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由直流減速電機(jī)驅(qū)動，帶動齒輪使方向盤自動轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角 度由編碼器測出。油門控制機(jī)構(gòu)與剎車控制機(jī)構(gòu)均采用油缸驅(qū)動方式。本文對 軸、齒輪、離合器和軸承進(jìn)行了設(shè)計與校核，這種裝置可以大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 率，減少人力資源的消耗，推動了農(nóng)業(yè)高精機(jī)械化的發(fā)展。關(guān)鍵詞：插秧機(jī)；電控機(jī)構(gòu)

2、；自動導(dǎo)航。AbstractThis automatic navigation transplanter designed electronic control steering, throttle and brake control bodies and control institutions. Electronic control steering by the DC gear motor, drive gear to the steering wheel automatic rotation, rotation angle measuredby the encoder. Throttl

3、e control mechanism and the brake cylinder control device are driven approach. In this paper, shafts, gears, clutches and bearings design and verification, such devices can greatly increase agricultural productivity, reduce the consumption of human resources,promoting agricultural mechanization deve

4、lopment of high precision.Keywords: rice transplanter electronic control agencies automatic navigation目錄摘要IABSTRACTII 第一章緒論1課題研究背景1國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1自動駕駛系統(tǒng)發(fā)展的必要性2設(shè)計的目的3自動駕駛系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容 3個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 本設(shè)計的主要工作3 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 第二章自動駕駛機(jī)

5、構(gòu)原理、設(shè)計方案擬定4自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選擇 4 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理4設(shè)計準(zhǔn)則5設(shè)計參數(shù)5設(shè)計任務(wù)6 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 第三章各部件的設(shè)計及校核6電機(jī)的選擇6 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇6確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速 6 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)7計算總傳動比7 HYPERLINK l bookma

6、rk47 o Current Document 分配傳動裝置的各級傳動比7 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)7計算各軸轉(zhuǎn)速7 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 計算各軸輸入功率7 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩7傳動零件的設(shè)計計算8 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 齒輪材料，熱處理及精度8齒輪材料及熱處理8齒輪精度9初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸9計

7、算9 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計11 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值11設(shè)計計算12 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 軸、軸承、鍵的設(shè)計及校核計算12軸的設(shè)計及校核12 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 滾動軸承的選用及其校核16鍵的強(qiáng)度校核18離合器的校核19第四章結(jié)語21研究總結(jié)21研究展望22參考文獻(xiàn)23 致謝24個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使

8、用第一章緒論課題研究背景中國是一個農(nóng)業(yè)大國，用占世界 7%的耕地解決了世界 22%的人口溫飽問 題取得了舉世矚目的成就。目前，我國面對“人多地少，資源短缺，環(huán)境惡 化，人增地減”的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。保證 21世紀(jì)我國16億人口的食物安全，關(guān) 鍵在于推動農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步。正如江澤民同志所指出的“中國的農(nóng)業(yè)問題，糧 食問題要靠中國人自己解決。這就要求我們的農(nóng)業(yè)科技必須要有一個大的發(fā) 展，必然要進(jìn)行一次新的農(nóng)業(yè)科技革命”。縱觀世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展動態(tài)，一個 新的農(nóng)業(yè)科技革命的序幕已經(jīng)拉開。以生物技術(shù)、信息技術(shù)為先導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué) 技術(shù)發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)上的廣泛應(yīng)用，為世界各國農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了前所未有的機(jī) 遇。“精細(xì)農(nóng)業(yè)

9、”技術(shù)正是在這種環(huán)境下應(yīng)運而生，成為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的 一個重要分支。其核心是用現(xiàn)代高新技術(shù)特別是信息技術(shù)來改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，在 機(jī)械化的基礎(chǔ)上，把地理信息系統(tǒng)GIS）、定位系統(tǒng)GPS）、決策支持系統(tǒng)、 傳感技術(shù)進(jìn)行集成，使作物生產(chǎn)更加科學(xué)，減少投入，提高產(chǎn)出，實現(xiàn)高效利 用各種農(nóng)業(yè)資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在國內(nèi)，清華大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)等近幾年也進(jìn)行了這方 面的研究，如清華大學(xué)智能技術(shù)與國家重點實驗室研制成功智能車THMR V,配備了先進(jìn)的GPS互補(bǔ)定位系統(tǒng)和激光雷達(dá)測障系統(tǒng)，最高時速達(dá)到150公 里；吉林大學(xué)進(jìn)行了 JUTI系列智能車輛的研究，主要采用

10、機(jī)器視覺實現(xiàn)導(dǎo)航； 據(jù)新華社報道中國第一汽車集團(tuán)公司和國防科技大學(xué)聯(lián)合研制的自主車在高速 公路上行駛的最高穩(wěn)定速度為 130km/h,最高峰值速度為170 km/h,并且具有 超車功能；交通部交通科學(xué)研究院也進(jìn)行了相關(guān)的研究，但這些研究大多是針 對汽車的，對于拖拉機(jī)自動駕駛、相關(guān)的報道較少，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的姬長英教 授、周俊博士在小四輪拖拉機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計改裝了一種農(nóng)用輪式移動機(jī)器人實 驗原型，采用視覺作為導(dǎo)航傳感器，探討了基于區(qū)域和邊緣兩種農(nóng)用輪式移動個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用機(jī)器人視覺導(dǎo)航跟蹤路徑的檢測方法，分析了輪式機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的行為特 點，給出了相應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)方程和系統(tǒng)觀測方程等，但其實

11、驗是以校園內(nèi)的人 工綠籬作為路標(biāo)進(jìn)行的，與實際的農(nóng)田還是有較大差別的；西安交通大學(xué)的楊 為民博士、李天石等開發(fā)了農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)器視覺導(dǎo)航實驗系統(tǒng)；其余的研究大多 集中在一些農(nóng)業(yè)應(yīng)用的相關(guān)智能化上，刪去換行符）例如，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)自1999年開始陸續(xù)開展了拖拉機(jī)作業(yè)機(jī)組 AMT方面的研究；西北農(nóng)林科技大學(xué) 的楊秦教授領(lǐng)導(dǎo)的基于 GPSt GIS控制的可變灌溉系統(tǒng)研究；中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、 華南理工大學(xué)分別研究的激光平地機(jī)；浙江大學(xué)的基于圖像邊緣檢測的收獲季節(jié)）導(dǎo)航研究。國外在農(nóng)用車輛自動駕駛方面研究的較早，20世紀(jì)70年代，世界各國許多工程師都對農(nóng)田機(jī)械的自動導(dǎo)航進(jìn)行了研究。1978年一種Claas自動導(dǎo)航

12、系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械，最初是為割草機(jī)設(shè)計開發(fā)的，后來又應(yīng)用到拖拉機(jī)上，它 由3部分組成：液壓系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、控制器，液壓系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向閥、轉(zhuǎn)向液 壓泵、轉(zhuǎn)向切換閥，傳感系統(tǒng)包括前車輪轉(zhuǎn)角傳感器和安裝在拖拉機(jī)前面的機(jī) 械傳感器接觸式），控制器通過比較前輪轉(zhuǎn)角傳感器的電壓與設(shè)定電壓得到一 個電壓差值，這一電壓差值經(jīng)過放大 后用于）控制轉(zhuǎn)向液壓閥的開閉，從而控 制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)自動駕駛。機(jī)械傳感器農(nóng)業(yè)機(jī)械自動導(dǎo)航并不意味著不需 要操作者，因為真正無人操作的農(nóng)田機(jī)械除了要實現(xiàn)自動導(dǎo)航外，還要實現(xiàn)其 它工作過程的最優(yōu)化和自動化，這比僅僅實現(xiàn)自動導(dǎo)航技術(shù)更難，成本更高。 工程師們解決了有關(guān)自動導(dǎo)航的控制問題

13、，還研究出許多自動導(dǎo)航系統(tǒng)，并對 其進(jìn)行了測試，其中一些系統(tǒng)也轉(zhuǎn)化成了商品，但沒有一套系統(tǒng)在生產(chǎn)實踐中 得到推廣應(yīng)用。這些系統(tǒng)中大部分都只能在機(jī)器某一特定工作過程中實現(xiàn)自動 導(dǎo)航，那些可以適用于所有工作過程的系統(tǒng)則需要操作者在田間或周圍地區(qū)做 大量準(zhǔn)備工作，包括安裝電纜、信號燈等設(shè)備才能正常導(dǎo)航，有的還需要在機(jī) 器上安裝體積龐大、笨重的控制裝置。因此，投資、維護(hù)成本、勞動力等因素 限制了這些導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。自動駕駛系統(tǒng)發(fā)展的必要性插秧機(jī)自動駕駛能夠滿足農(nóng)業(yè)作業(yè)的精度農(nóng)田作業(yè)按精度，農(nóng)機(jī)個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用手和自動駕駛的精度二.插秧機(jī)自動駕駛能夠提高農(nóng)業(yè)勞動的生產(chǎn)率，從而提升中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)

14、在國際上的競爭力。由于拖拉機(jī)在工作方式上與汽車有很大不同，特別是拖拉 機(jī)的作業(yè)環(huán)境比較惡劣，作業(yè)工況復(fù)雜多變，再加上農(nóng)機(jī)操作手技術(shù)水平的差 異等原因，導(dǎo)致耕作精度低，造成土地資源浪費，并且不能保證拖拉機(jī)在作業(yè) 中的生產(chǎn)效率和燃油經(jīng)濟(jì)性。這樣即使是拖拉機(jī)本身已經(jīng)具有了較好的設(shè)計性 能指標(biāo)，也往往由于使用者的個人經(jīng)驗不足、熟練程度不同而難以完全發(fā)揮出 來，如何將汽車自動駕駛技術(shù)合理應(yīng)用于插秧機(jī)是一項艱巨而意義深遠(yuǎn)的任務(wù)設(shè)計的目的為了減少農(nóng)業(yè)人力消耗，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度，設(shè)計一 方向盤機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)電控，同時可以轉(zhuǎn)換到人工控制。自動駕駛系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容1）設(shè)計一個方向盤代替原來的插秧機(jī)方向

15、盤，方向盤用一級齒輪副結(jié) 構(gòu)，由2DM直流減速電機(jī)驅(qū)動，具轉(zhuǎn)過的角度由光電編碼器測得。2）電機(jī)上裝上離合器，由撥叉撥動控制離合。3）設(shè)計新方向盤箱體外形。4）設(shè)計剎車和油門由單桿活塞式液壓缸來推動。本設(shè)計的主要工作本設(shè)計的主要工作包括以下幾方面：1）插秧機(jī)自動駕駛機(jī)構(gòu)總體裝配圖設(shè)計2）主要零件的設(shè)計3）撰寫說明書第二章自動駕駛機(jī)構(gòu)原理、設(shè)計方案擬定個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的選擇自動轉(zhuǎn)向是智能車輛的一項關(guān)鍵技術(shù)，它可以自動地調(diào)整智能車輛的橫向位 置，實現(xiàn)對自動駕駛車輛的橫向控制，是實現(xiàn)自動導(dǎo)航控制的基礎(chǔ)。智能車輛使用 最多的自動轉(zhuǎn)向方式有兩種1-4,一種是電液控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如美國伊

16、利諾斯州立 大學(xué)通過對拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行改造，設(shè)計了一種電液操控系統(tǒng)以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制 系統(tǒng)主要由液壓泵、三位四通電液比例方向控制閥、 PWM電液閥驅(qū)動器和轉(zhuǎn)向 油缸等組成5。另一種是控制電動機(jī)帶動方向盤轉(zhuǎn)動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作，如日本巖手大學(xué)研制的自動駕駛拖拉機(jī)，采用步進(jìn)電機(jī)通過鏈條傳動帶動方向盤轉(zhuǎn)動實現(xiàn)轉(zhuǎn) 向操作6,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)魏延富博士研制了一套轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，由步進(jìn)電機(jī)通過齒輪驅(qū)動方向盤實現(xiàn)轉(zhuǎn)向70圖I CUjM可公制系統(tǒng)結(jié)向小&圖自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的原理轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)控制框圖如圖2所示。其工作原理 是彳散控制器通過CAN總線從上位機(jī)獲得拖拉機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角信號，通過A/D模數(shù) 轉(zhuǎn)化模塊

17、獲取轉(zhuǎn)向輪實際轉(zhuǎn)角信號，即反饋信號，并將目標(biāo)轉(zhuǎn)角和實際轉(zhuǎn)角相比較 得出轉(zhuǎn)向輪的偏差信號雙通道 PD控制算法根據(jù)偏差信號值計算得到控制步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)速的步進(jìn)脈沖周期，由脈寬調(diào)制器（PWM以計算得到的脈沖周期向步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動器發(fā)送PWM脈沖,控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，驅(qū)動全液壓轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)轉(zhuǎn)向輪的 轉(zhuǎn)向速度控制。雙通道 PD控制算法通過判斷偏差信號的正負(fù)得出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用動的方向，由GPIO 口輸出高、低電平實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制。控制器通過控制轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速以減小偏差值。不斷重復(fù)進(jìn)行上述過程，從而使拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向輪快速的跟蹤目標(biāo)轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)向控制。布控*1正轉(zhuǎn)向條城$2 EIllS

18、評制系統(tǒng)彬圖設(shè)計準(zhǔn)則我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(zhǔn)則a、創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能b、分析原理和性能c、判別功能載荷及其意義d、預(yù)測意外載荷e、創(chuàng)造有利的載荷條件f、提高合理的應(yīng)力分布和剛度g、重量要適宜h、應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸i、根據(jù)性能組合選擇材料j、零件與整體零件之間精度的進(jìn)行選擇k、功能設(shè)計應(yīng)適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求設(shè)計參數(shù)1）功率：20-100W2）扭矩：3.9N.M3）方向盤旋轉(zhuǎn)速度 5060r/min設(shè)計任務(wù)a、設(shè)計總體傳動方案，畫總體機(jī)構(gòu)簡圖，完成總體方案論證報告b、設(shè)計主要傳動裝置，完成主要傳動裝置的裝配圖 A0）。c、設(shè)計主要零件，完成零件工作圖 ,

19、電動機(jī)所需工作功率為：Pd = P 117 Tli =0.023/0.93 =0.025kW, 滾動軸承效率 習(xí)=0.99 ,滑塊聯(lián)軸器效 率區(qū)=0.98,圓柱齒輪傳動效率 日=0.97）確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)已知量知道轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速 nw=56.6r/min齒輪傳動比范圍，總傳動比合理范圍為m=14電動機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為囚= Xn=14） X 56.6 = 56.6 ,226.4r/min 。綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動 比，選用直流減速電機(jī)，電壓為12V,功率為2000W自帶減速箱，選用減速比 為1: 12.5,減速后功率為25W 150r/min傳動系統(tǒng)的運動和

20、動力參數(shù)計算總傳動比：區(qū)0 =2.65個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用.盼配傳動裝置的各級傳動比： TOC o 1-5 h z 因為選用一級齒輪副，所以齒輪的傳動比為2.65計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算各軸轉(zhuǎn)速電機(jī)軸：I軸：1工作軸： 計算各軸輸入功率軸： r - 工作軸：計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩1軸:工作軸:將運動和動力參數(shù)計算結(jié)果進(jìn)行整理并列于下表:軸名功率P KW轉(zhuǎn)矩T Nm轉(zhuǎn)速r/min輸入輸出輸入輸出電動機(jī)軸0.0251.591501軸0.0271.719150工作軸0.0233.8756.6個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用2DM25A電機(jī)5-5電機(jī)外觀圖電機(jī)參數(shù)型號電壓 V功率 W電

21、潦 Ar/min轉(zhuǎn)矩 mN/nng.cm)2DM25A2DM25GN12253.02000190(1940)2425152000190(1940)帶減速箱后許周轉(zhuǎn)矩傳動零件的設(shè)計計算齒輪材料，熱處理及精度考慮此減速器的功率及現(xiàn)場安裝的限制，故大小齒輪都選用直齒圓柱齒輪齒輪材料及熱處理材料：高速級小齒輪選用 回鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240HBS取小齒齒數(shù)=20高速級大齒輪選用 日鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為240HBS Z=iXZ- =2.65 X20=53 取 Z-=53.齒輪精度按GB/T10095- 1998,選擇8級精度個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計確定各參數(shù)的

22、值:a、試選兇=1.3 回=1592N.mmb、查機(jī)械設(shè)計P211表10-7選取齒寬系數(shù)目=0.4c、查表10-6得材料的彈性影響系數(shù)Ld =0儀由圖10-21d按齒面硬厚查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600MP大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =550MPe、由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 回= 曰 =60X 150X1X:77-80.2徐友春，王榮本，李冰,3韓俊淑，韓佳文，高 翔,4王榮本，李兵，施樹明，等.世界智能車輛近況綜述J.等.智能車輛的研究與發(fā)展J.等.世界智能車輛研究概述J.汽車工程，2001(5:289-295.世界汽車,2003(9:79-80.公路交通科技，2001(5:93-

23、97.5龔景安，許立忠.機(jī)械設(shè)計(第二版.機(jī)械工業(yè)出版社,1998-07-296徐發(fā)育.機(jī)械自動變速器專利.中國專利數(shù)據(jù)庫,1991-12-187周俊.農(nóng)用輪式移動機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)的研究D.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2001.8馮雷.基于GP序口傳感技術(shù)的農(nóng)用車輛自動導(dǎo)航系統(tǒng)的研究D.杭州：浙江大學(xué),2004.9羅錫文，區(qū)穎剛，趙祚喜，等.農(nóng)用智能移動作業(yè)平臺模型的研制J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2005,21(2:8385.10田海清，應(yīng)義斌，張方明.農(nóng)業(yè)車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中自動控制技術(shù)的研究進(jìn)展J.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2005,36(7:148152. Cho, S.I. and N.H. Ki. 1996. Au

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