0、 引言
我國水稻種植面積廣且分散，病蟲害發生頻繁、防治次數多、所需勞動量大。然而，由于現有植保機械整機質量大，容易在水田里發生打滑及下陷，因而水田病蟲害防治仍以手動噴霧器和擔架式噴霧機為主，已不能適應水田植保防治要求。從設計輕量化、小型化以及滿足我國施藥技術基本要求出發，研發適用于我國國情的小型水田高地隙噴桿噴霧機，對提高農藥利用率、施藥作業效率、減輕農民工作量、減少農藥對農民的危害、促進我國施藥技術水平提高，以及保障水稻糧食生產安全具有重要意義。
1、 傳動系統總體設計
通過對南方水稻種植特點的調研并結合農藝要求，得到了水稻的間距、行距及地隙等參數要求，最后確定水田高地隙噴桿噴霧機的具體參數如下:
配套動力/kW: 10
工作速度/m·s－1: 0． 3 ～1
噴霧量/L·min－1: 12 ～20
噴幅/m: 6 ～8
地隙高度/mm: 800 ～1 000
要解決噴霧機力和力矩傳輸、速度大小調節和方向調節的問題，就必然要經過一個傳動系統。噴霧機主要采用機械傳動方式，動力由發動機輸出，經過齒輪箱及蝸輪蝸桿減速器的減速和變向，最終驅使水田葉輪和藥泵轉動。齒輪箱包含驅動噴桿噴霧機行走的行走傳動系統和驅動藥泵的噴施傳動系統。
噴桿噴霧機的齒輪箱行走傳動系統示意圖如圖 2所示。圖 2 中，A1為輸入軸常嚙合齒輪，A2、B 為同軸固定齒輪，C1、C2為一級行走傳動常嚙合齒輪，D1、D2為二級行走傳動常嚙合齒輪，E1、E2為三級行走傳動常嚙合齒輪。噴桿噴霧機的齒輪箱噴施傳動系統示意圖如圖 3 所示。A1為輸入軸固定常嚙合齒輪，O1、O2為噴施輸入軸同軸固定齒輪，P1、P2為噴施輸出軸同軸固定齒輪。
2、 傳動齒輪箱參數化建模
水田高地隙噴桿噴霧機傳動齒輪箱主要組成部分為: 2 個直齒錐齒輪、11 個直齒圓柱齒輪、13 個軸承和 9 根轉動軸等。直齒錐齒輪和直齒圓柱齒輪作為高地隙噴桿噴霧機傳動的基本傳動件，都是非標準件，每次重復設計都會耗費設計者大量時間和精力。
因此，利用參數化建模技術，讓設計者只需輸入所需參數即能快速建模，可以大大提高設計的效率，為后續虛擬裝配、ADAMS 仿真及 CAE 分析奠定基礎。
2． 1 漸開線齒廓形成原理
由于漸開線齒廓能保證定傳動比傳動、齒廓之間的正壓力方向不變以及傳動具有可分性，而且便于制造、安裝、測量及互換等，因此漸開線齒輪在機械工程中獲得了特別廣泛的應用。漸開線形成原理如圖 4所示。當直線 n—n 沿圓周做相切純滾動時，直線 n—n 上任一點 K 的軌跡 K0K 為該圓的漸開線。
假定 K 點的坐標為\\(x，y\\) ，根據漸開線成形原理及幾何關系，可知
x = rcosα + rαsinα
y = rsinα － rαcosα
2． 2 齒輪箱直齒錐齒輪的參數化建模
直齒錐齒輪參數化建模需已知齒輪模數 m 、齒輪齒數 z1、與之嚙合的齒輪齒數 z2、齒寬 B、壓力角α 、齒頂高系數 ha*、齒隙系數 c*、變位系數 X 等參數。其他參數如分錐角、分度圓直徑等可通過表 1 中的關系表達式計算
首先，在 Pro/E 設置直齒錐齒輪的基本輸入參數和定義各非輸入參數之間的關系，給曲線添加關系式，定義漸開線方程創建漸開線 ; 接著，由漸開線等曲線建立齒廓曲線; 然后，使用旋轉的方式來創建椎體形狀，使用掃描混合的方式構建輪齒或齒槽，通過陣列形成整個輪齒、齒槽，以及創建其他附加的機構\\(如鍵槽、孔等\\) ; 最后，通過程序建立設計參數的可輸入模式，執行再生，系統會逐個提示輸入所選的參數; 各參數值輸入完成后，就會自動生成一個新的直齒錐齒輪。直齒錐齒輪參數化設計步驟。
至此，完成了錐齒輪的參數化建模。因為采用了全參數化建模，故只需修改參數列表中對應參數值，就可以得到任意錐齒數模型，而無需重新建模。
2． 3 直齒圓柱齒輪參數化建模
直齒圓柱齒輪參數化建模需已知直齒圓柱齒輪齒數 z 、模數 m 、齒寬 B、壓力角 α 、齒頂高系數 ha*、齒隙系數 c*及變位系數 X 等參數。其他參數如分度圓直徑、齒頂圓直徑、齒根圓直徑等可通過表 2 中的關系表達式計算。
首先，在 Pro/E 設置直齒圓柱齒輪的基本參數和定義各非輸入參數之間的關系，給曲線添加關系式，使用旋轉的方式來創建圓柱體形狀; 然后，定義漸開線方程創建漸開線; 接著，由漸開線等曲線建立齒廓曲線; 最后，通過程序建立設計參數的可輸入模式，執行再生，系統會逐個提示輸入所選的參數，各參數值輸入完成后，就會自動生成一個新的圓柱齒輪。
至此，完成了圓柱齒輪的參數化建模。因為采用了全參數化建模，故只需修改參數列表中對應參數值，就可以得到任意錐齒數模型，而無需重新建模。
3、 結論
1\\) 通過對南方水稻種植特點的調研并結合農藝要求，確定了水田高地隙噴桿噴霧機的具體參數，設計了噴霧機的傳動齒輪箱，從而實現了整車的動力合理分配。
2\\) 利用 Pro / E 軟件對水田高地隙噴桿噴霧機傳動齒輪箱進行參數化設計，實現了不同參數齒輪模型的自動生成，并進行裝配，提高了設計效率，降低了設計者的勞動量。
3\\) 為水田高地隙噴桿噴霧機傳動齒輪箱進一步的 ADAMS、CAE 分析以及優化設計打下基礎。
參考文獻:
［1］ 楊學軍，嚴荷榮． 植保機械的研究現狀及發展趨勢［J］． 農業機械學報，2002，33\\(6\\) : 129－131．
［2］ 陳剛，陳樹人． 水田高地隙噴桿噴霧機的設計與試驗研究［J］． 農機化研究，2013，35\\(9\\) : 178－180．
［3］ 陳志剛． 基于 Pro/E 及 ADAMS 圓柱齒輪減速器的參數化建模及運動仿真［J］． 機械研究與應用，2005，18\\(2\\) : 105－109．
［4］ 劉志剛． 基于 Pro/E 的漸開線直齒輪參數化設計［J］． 農業裝備與車輛工程，2007，188\\(3\\) : 43－45．
［5］ 鐘日銘． Pro/Engineer Wildfire 3． 0 機械設計實例教程［M］． 北京: 清華大學出版社，2007: 219－223．
［6］ 孫恒． 機械原理［M］． 北京: 高等教育出版社，2001: 292－351．
