本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機械領域，涉及取苗機構(gòu)，具體涉及一種凹凸共軛-傅里葉齒輪行星輪系取苗機構(gòu)。

背景技術：

我國是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)和消費國，隨著全國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快和人民生活水平的提高，蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，成效顯著。蔬菜生產(chǎn)屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，約占60％的蔬菜品種是通過育苗移植方式種植的，秧苗手工移植勞動強度大、生產(chǎn)效率低、移植質(zhì)量差。

目前我國各大高校和單位相繼研制出了半自動蔬菜移栽機，在一定程度上減輕了勞動強度，提高了工作效率。但是半自動移植機要求人工將苗送入栽植器中，作業(yè)效率受到人工喂苗的限制，作業(yè)強度較大，漏苗現(xiàn)象時有發(fā)生，還是滿足不了人們的栽植需要。少數(shù)單位也已研制出全自動蔬菜移栽機，取苗機構(gòu)作為其核心部件，需要完成取苗、持苗、推苗和回程的動作，由于目前的取苗機構(gòu)存在結(jié)構(gòu)復雜，制造成本高，高速運轉(zhuǎn)下振動大等缺點，未能得到應用和推廣。因此，取苗機構(gòu)的研制是目前實現(xiàn)全自動蔬菜移栽的迫切需要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種凹凸共軛-傅里葉齒輪行星輪系取苗機構(gòu)，能實現(xiàn)取苗、持苗、推苗和回程的工作要求，且該取苗機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn)。

本發(fā)明包括齒輪傳動裝置、消除齒隙裝置和移栽臂。所述的齒輪傳動裝置包括中心軸、行星架、牙嵌式法蘭、內(nèi)凹太陽齒輪、第一中間軸、第二中間軸、第一中間外凸齒輪、第二中間外凸齒輪、第一中間傅里葉齒輪、第二中間傅里葉齒輪、第一行星軸、第二行星軸、第一行星齒輪和第二行星齒輪。所述的中心軸一端與動力裝置連接，另一端與行星架固定；所述的行星架包括通過螺栓連接的箱體和箱蓋；牙嵌式法蘭一端與移栽機機架固定，另一端與內(nèi)凹太陽齒輪牙嵌式配合；牙嵌式法蘭和內(nèi)凹太陽齒輪均空套在中心軸上；第一中間軸與第二中間軸對稱設置在中心軸兩側(cè)，且均與箱體和箱蓋通過軸承連接；第一中間外凸齒輪和第一中間傅里葉齒輪通過兩個圓柱銷固定，且均固定在第一中間軸上；第二中間外凸齒輪和第二中間傅里葉齒輪通過兩個圓柱銷固定，且均固定在第二中間軸上；第一行星軸與第二行星軸對稱設置在行星架兩端，且都與行星架通過軸承連接；所述的第一行星齒輪與第一行星軸通過花鍵連接，第二行星齒輪與第二行星軸通過花鍵連接；第一行星軸和第二行星軸的一端伸出行星架外分別與一個移栽臂固定。所述的內(nèi)凹太陽齒輪兩側(cè)分別與第一中間外凸齒輪及第二中間外凸齒輪通過齒輪副連接；第一中間傅里葉齒輪與第一行星齒輪通過齒輪副連接；第二中間傅里葉齒輪與第二行星齒輪通過齒輪副連接。

所述第一中間外凸齒輪和第二中間外凸齒輪的節(jié)曲線參數(shù)相同；第一中間傅里葉齒輪與第二中間傅里葉齒輪的節(jié)曲線參數(shù)相同；第一行星齒輪與第二行星齒輪的節(jié)曲線參數(shù)相同。

所述的消除齒隙裝置設置在箱體內(nèi)；消除齒隙裝置包括第一消除齒隙凸輪、第二消除齒隙凸輪、第一消除齒隙撥叉、第二消除齒隙撥叉、第一消除齒隙撥叉軸、第二消除齒隙撥叉軸、第一消除齒隙彈簧和第二消除齒隙彈簧；所述的第一消除齒隙凸輪與第一行星軸通過花鍵連接，第二消除齒隙凸輪與第二行星軸通過花鍵連接；所述的第一消除齒隙撥叉一端通過第一消除齒隙撥叉軸與箱體鉸接，另一端與第一消除齒隙凸輪構(gòu)成凸輪副；第二消除齒隙撥叉一端通過第二消除齒隙撥叉軸與箱體鉸接，另一端與第二消除齒隙凸輪構(gòu)成凸輪副；第一消除齒隙彈簧一端由箱體限位，另一端頂住第一消除齒隙撥叉中部；第二消除齒隙彈簧一端由箱體限位，另一端頂住第二消除齒隙撥叉中部。

所述的移栽臂包括移栽臂凸輪、移栽臂殼體、移栽臂殼體定位板、殼體蓋、移栽臂撥叉、移栽臂撥叉軸、彈簧座、移栽臂彈簧、推苗桿、推苗爪、秧針定位板、第一秧針轉(zhuǎn)動片、第二秧針轉(zhuǎn)動片、第一秧針和第二秧針。所述的移栽臂凸輪與箱蓋通過螺栓固定；移栽臂殼體定位板與移栽臂殼體通過螺栓固定，并與第一行星軸或第二行星軸通過平鍵連接；移栽臂撥叉中部通過移栽臂撥叉軸與移栽臂殼體鉸接，一端與移栽臂凸輪構(gòu)成凸輪副，另一端套在彈簧座構(gòu)成滑動副；所述的推苗桿一端與彈簧座通過螺紋連接，另一端與推苗爪焊接；秧針定位板與移栽臂殼體固定；第一秧針轉(zhuǎn)動片的兩端分別與秧針定位板和第一秧針的尾部通過插銷固定，第二秧針轉(zhuǎn)動片的兩端分別與秧針定位板和第二秧針的尾部通過插銷固定；所述的移栽臂彈簧空套在推苗桿上，一端由彈簧座限位，另一端由移栽臂殼體限位；殼體蓋固定在移栽臂殼體上，對彈簧座限位；第一秧針和第二秧針的頭部均嵌入推苗爪開設的安裝孔內(nèi)。

所述的內(nèi)凹太陽齒輪與第一中間外凸齒輪組成的齒輪副三維建模方法，具體如下：

步驟一、節(jié)曲線計算與優(yōu)化。確定內(nèi)凹太陽齒輪與第一中間外凸齒輪的中心距L，建立第一中間外凸齒輪的節(jié)曲線方程：

r₂＝L-r₁ (1)

其中，r₁為內(nèi)凹太陽齒輪的極徑，為內(nèi)凹太陽齒輪的角位移，r₂為第一中間外凸齒輪的極徑，為第一中間外凸齒輪的角位移，內(nèi)凹太陽齒輪與第一中間外凸齒輪的傳動比進一步計算第一中間傅里葉齒輪和第一行星齒輪的節(jié)曲線方程，以及移栽臂上第一秧針的頭部尖點運動方程。

選定內(nèi)凹太陽齒輪的中心點，初定內(nèi)凹太陽齒輪節(jié)曲線上的四個數(shù)據(jù)點作為型值點，并根據(jù)四個型值點極坐標唯一求解到B樣條曲線的六個控制點極坐標，其中，相鄰型值點與中心點連線之間的中心角間隔90°；再插值生成720個擬合點極坐標其中，按0～2π均分720份后由小至大依次取值；基于MATLAB編程軟件，根據(jù)720個擬合點極坐標可視化繪制出一條封閉的B樣條曲線作為內(nèi)凹太陽齒輪的初選節(jié)曲線；在徑向方向上調(diào)整型值點位置優(yōu)化移栽臂上第一秧針的頭部尖點運動曲線，得到符合取苗特點和要求的內(nèi)凹太陽齒輪節(jié)曲線。

步驟二、生成內(nèi)凹太陽齒輪的外凸齒廓。內(nèi)凹太陽齒輪的節(jié)曲線包括外凸部分和內(nèi)凹部分。根據(jù)非圓齒輪副齒廓算法求解內(nèi)凹太陽齒輪的外凸部分節(jié)曲線對應的外凸齒廓。

步驟三、生成內(nèi)凹太陽齒輪的初始單齒內(nèi)凹齒廓。由于內(nèi)凹部分節(jié)曲線無法生成正常的漸開線齒廓，因此將內(nèi)凹部分節(jié)曲線坐標導入CAD繪圖軟件中優(yōu)化，優(yōu)化后的內(nèi)凹部分節(jié)曲線直接作為初始單齒內(nèi)凹齒廓，初始單齒內(nèi)凹齒廓和步驟二中求解的外凸齒廓組成內(nèi)凹太陽齒輪初始齒廓。

步驟四、生成第一中間外凸齒輪初始齒廓。Pro/e軟件中的“切除”操作可實現(xiàn)去除毛坯中刀具與毛坯的重合部分，與此同時，結(jié)合展成法生成齒廓的原理，可生成第一中間外凸齒輪初始齒廓，具體步驟如下：

1)改變內(nèi)凹太陽齒輪外凸部分的齒頂圓直徑和齒根圓直徑，內(nèi)凹部分不變，使內(nèi)凹太陽齒輪成為刀具齒輪；刀具齒輪的齒頂圓直徑d_a和齒根圓直徑d_f分別為：

d_a＝(z+2h_a^*+2c^*)m

d_f＝(z-2h_a^*)m

其中，z為內(nèi)凹太陽齒輪的齒數(shù)，m為內(nèi)凹太陽齒輪的模數(shù)，h_a^*為內(nèi)凹太陽齒輪的齒頂高系數(shù)，取值為1；c^*為內(nèi)凹太陽齒輪的頂隙系數(shù)，取值為0.25。

2)計算刀具齒輪的公轉(zhuǎn)角θ₁和自轉(zhuǎn)角θ₂：

其中，根據(jù)離散化后的和式(2)離散化為720份。

3)打開Pro/e軟件，新建第一個零件格式文件，導入刀具齒輪齒廓坐標數(shù)據(jù)，拉伸得到刀具齒輪零件文件；新建第二個零件格式文件，繪制圓柱體作為第一中間外凸齒輪的毛坯零件文件。

4)新建組件格式文件，將刀具齒輪零件文件和毛坯零件文件按r₁、r₂、的初始值以及中心距L的取值進行裝配。

5)在組件中，對刀具齒輪進行“表陣列”，在“表陣列”操作中導入θ₁和θ₂除初始值外的719組值，得到齒輪傳動節(jié)曲線純滾動下的720個刀具齒輪零件。

6)啟動“編輯”里面“元件操作”里的“切除”操作，提示選擇一個或多個刀具，選定初始值時的刀具齒輪零件并“確定”；要求選擇毛坯時選定毛坯零件并“確定”；提示是否完成操作，選擇“完成”；提示“是否支持特征的相關放置”時，選擇“是”，則毛坯零件與初始值位置的刀具齒輪零件的重合部分已被去除。

7)將步驟6)“切除”操作中選定刀具與毛坯的鼠標操作存入映射鍵“F1”，將“完成”和“是”的鼠標操作存入映射鍵“F2”，得到程序文件。

8)程序文件中，“#DONE；是；”表示當依次出現(xiàn)提示窗口“是否完成操作”時選擇“完成”，出現(xiàn)提示窗口“是否支持特征的相關放置”時選擇“是”。因此在程序文件中，“#DONE；是；”后面再添加718個“#DONE；是；”即可實現(xiàn)自動選擇719個“完成”和“是”的操作，然后保存程序文件。

9)保存并重啟組件格式文件，按下“F1”鍵，啟動“切除”操作，選中剩余719個刀具齒輪零件并確定，再選中毛坯零件并確定，會跳出719組最終的需要點擊“完成”和“是”的窗口，此時按下“F2”鍵，即可使自動完成點擊命令，等待毛坯零件切除完成，再次保存組件格式文件。

步驟五、在Pro/e軟件中，新建第三個零件格式文件，導入內(nèi)凹太陽齒輪的初始齒廓坐標數(shù)據(jù)，拉伸得到內(nèi)凹太陽齒輪零件文件；將內(nèi)凹太陽齒輪零件文件導入組件格式文件中按r₁、r₂、的初始值以及中心距L的取值進行裝配，并隱藏組件格式文件中所有刀具齒輪零件后，對內(nèi)凹太陽齒輪零件和切除完成后的毛坯零件進行嚙合仿真。

步驟六、若內(nèi)凹太陽齒輪的內(nèi)凹部分與毛坯零件嚙合正確，即完成內(nèi)凹太陽齒輪和第一中間外凸齒輪的最終齒廓設計；若嚙合不正確，則重復步驟三、四和五。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、本發(fā)明可實現(xiàn)不等速傳動，移栽臂尖點能輸出滿足農(nóng)藝要求的取苗軌跡。

2、本發(fā)明齒輪傳動裝置采用七個齒輪傳動的方式，第一級凹凸共軛非圓齒輪傳動，可輸出二次不等幅傳動比，第二級非圓齒輪采用的是傅里葉函數(shù)的節(jié)曲線。齒輪傳動穩(wěn)定可靠，避免了高速運轉(zhuǎn)下凹凸鎖止弧等輔助零件帶來的剛性沖擊。

3、本發(fā)明中內(nèi)凹太陽齒輪和外凸齒輪的齒廓基于MATLAB和Pro/e仿真設計，可由內(nèi)凹太陽齒輪的齒廓生成準確嚙合的外凸齒輪齒廓，結(jié)合消除齒隙裝置，保證機構(gòu)穩(wěn)定，減小振動。

4、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、安全可靠、制造成本低。

5、本發(fā)明采用兩個移栽臂對稱布置方案，行星架旋轉(zhuǎn)一周，取苗兩次，工作效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2為本發(fā)明的工作原理示意圖；

圖3為本發(fā)明中齒輪傳動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中消除齒隙裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5-1為本發(fā)明中移栽臂的裝配示意圖；

圖5-2為本發(fā)明中移栽臂的外部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明中內(nèi)凹太陽齒輪與第一中間外凸齒輪的傳動比曲線圖；

圖7為本發(fā)明中內(nèi)凹太陽齒輪的節(jié)曲線及齒廓示意圖；

圖8為本發(fā)明中第一中間外凸齒輪的齒廓生成原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，一種凹凸共軛-傅里葉齒輪行星輪系取苗機構(gòu)，包括齒輪傳動裝置1、消除齒隙裝置2和移栽臂3。

如圖1、2和3所示，齒輪傳動裝置1包括中心軸4、行星架5、牙嵌式法蘭6、內(nèi)凹太陽齒輪7、第一中間軸8、第二中間軸9、第一中間外凸齒輪10、第二中間外凸齒輪11、第一中間傅里葉齒輪12、第二中間傅里葉齒輪13、第一行星軸14、第二行星軸15、第一行星齒輪16和第二行星齒輪17。中心軸4一端與動力裝置(可采用電機和減速器傳遞動力)連接，另一端與行星架5固定；行星架5包括通過螺栓連接的箱體5-1和箱蓋5-2；牙嵌式法蘭6一端與移栽機機架固定，另一端與內(nèi)凹太陽齒輪7牙嵌式配合；牙嵌式法蘭6和內(nèi)凹太陽齒輪7均空套在中心軸上；第一中間軸8與第二中間軸9對稱設置在中心軸兩側(cè)，且均與箱體5-1和箱蓋5-2通過軸承連接；第一中間外凸齒輪10和第一中間傅里葉齒輪12通過兩個圓柱銷固定，且均固定在第一中間軸8上；第二中間外凸齒輪11和第二中間傅里葉齒輪13通過兩個圓柱銷固定，且均固定在第二中間軸9上；第一行星軸14與第二行星軸15對稱設置在行星架5兩端，且都與行星架5通過軸承連接；第一行星齒輪16與第一行星軸14通過花鍵連接，第二行星齒輪17與第二行星軸15通過花鍵連接；第一行星軸14和第二行星軸15的一端伸出行星架5外分別與一個移栽臂3固定。內(nèi)凹太陽齒輪7兩側(cè)分別與第一中間外凸齒輪10及第二中間外凸齒輪11通過齒輪副連接；第一中間傅里葉齒輪12與第一行星齒輪16通過齒輪副連接；第二中間傅里葉齒輪13與第二行星齒輪17通過齒輪副連接。

第一中間外凸齒輪10和第二中間外凸齒輪11的節(jié)曲線參數(shù)相同；第一中間傅里葉齒輪12與第二中間傅里葉齒輪13的節(jié)曲線參數(shù)相同；第一行星齒輪16與第二行星齒輪17的節(jié)曲線參數(shù)相同。

如圖2所示，行星架5逆時針轉(zhuǎn)動，通過凹凸共軛-傅里葉齒輪行星輪系的不等速傳動，移栽臂3的秧針尖點形成了取苗軌跡18，取苗軌跡設有環(huán)扣，從頭部尖點至缽盤19頂部為取苗段，取苗段深度可達35mm，保證了能夠順利的垂直夾出缽苗，且不損傷砵盤19。

如圖4所示，消除齒隙裝置2設置在箱體5-1內(nèi)；消除齒隙裝置2包括第一消除齒隙凸輪20、第二消除齒隙凸輪21、第一消除齒隙撥叉22、第二消除齒隙撥叉23、第一消除齒隙撥叉軸24、第二消除齒隙撥叉軸25、第一消除齒隙彈簧26和第二消除齒隙彈簧27；第一消除齒隙凸輪20與第一行星軸14通過花鍵連接，第二消除齒隙凸輪21與第二行星軸15通過花鍵連接；第一消除齒隙撥叉22一端通過第一消除齒隙撥叉軸24與箱體5-1鉸接，另一端與第一消除齒隙凸輪20構(gòu)成凸輪副；第二消除齒隙撥叉23一端通過第二消除齒隙撥叉軸25與箱體5-1鉸接，另一端與第二消除齒隙凸輪21構(gòu)成凸輪副；第一消除齒隙彈簧26一端由箱體5-1限位，另一端頂住第一消除齒隙撥叉22中部；第二消除齒隙彈簧27一端由箱體5-1限位，另一端頂住第二消除齒隙撥叉23中部。

如圖5-1和5-2所示，移栽臂3包括移栽臂凸輪28、移栽臂殼體29、移栽臂殼體定位板30、殼體蓋31、移栽臂撥叉32、移栽臂撥叉軸33、彈簧座34、移栽臂彈簧35、推苗桿36、推苗爪37、秧針定位板38、第一秧針轉(zhuǎn)動片39、第二秧針轉(zhuǎn)動片40、第一秧針41和第二秧針42。移栽臂凸輪28與箱蓋5-2通過螺栓固定；移栽臂殼體定位板30與移栽臂殼體29通過螺栓固定，并與第一行星軸14或第二行星軸15通過平鍵連接；移栽臂撥叉32中部通過移栽臂撥叉軸33與移栽臂殼體29鉸接，一端與移栽臂凸輪28構(gòu)成凸輪副，另一端套在彈簧座34構(gòu)成滑動副；推苗桿36一端與彈簧座34通過螺紋連接，另一端與推苗爪37焊接；秧針定位板38與移栽臂殼體29固定；第一秧針轉(zhuǎn)動片39的兩端分別與秧針定位板38和第一秧針41的尾部通過插銷固定，第二秧針轉(zhuǎn)動片40的兩端分別與秧針定位板38和第二秧針42的尾部通過插銷固定；移栽臂彈簧35空套在推苗桿36上，一端由彈簧座34限位，另一端由移栽臂殼體29限位；殼體蓋31固定在移栽臂殼體29上，對彈簧座34限位；第一秧針41和第二秧針42的頭部均嵌入推苗爪37開設的安裝孔內(nèi)。

如圖6所示，為行星架5相對內(nèi)凹太陽齒輪7逆時針轉(zhuǎn)過的角位移，i₁₂為內(nèi)凹太陽齒輪7與第一中間外凸齒輪10的傳動比。從圖中可以看出，在90°～180°區(qū)間內(nèi)，傳動比經(jīng)過一次較小的波動，在270°～360°區(qū)間內(nèi)，傳動比經(jīng)過一次較大的波動。第一級齒輪副傳動齒輪(內(nèi)凹太陽齒輪7與第一中間外凸齒輪10或第二中間外凸齒輪11)具有明顯的內(nèi)凹和外凸的特征，可輸出變化較大的傳動比，從而滿足機構(gòu)所要達到的設計要求。

如果獨立生成內(nèi)凹太陽齒輪7、第一中間外凸齒輪10及第二中間外凸齒輪11的齒廓，內(nèi)凹太陽齒輪7與第一中間外凸齒輪10或第二中間外凸齒輪11很難準確嚙合；本發(fā)明采用內(nèi)凹太陽齒輪7的齒廓包絡生成第一中間外凸齒輪10或第二中間外凸齒輪11的齒廓，進而進行三維建模的方法構(gòu)造內(nèi)凹與外凸齒輪副，使它們準確嚙合。

如圖7和8所示，內(nèi)凹太陽齒輪7與第一中間外凸齒輪10組成的齒輪副三維建模方法，具體如下(內(nèi)凹太陽齒輪7與第二中間外凸齒輪11組成的齒輪副三維建模方法類似)：

步驟一、節(jié)曲線計算與優(yōu)化。確定內(nèi)凹太陽齒輪7與第一中間外凸齒輪10的中心距L，建立第一中間外凸齒輪10的節(jié)曲線方程：

r₂＝L-r₁ (1)

其中，r₁為內(nèi)凹太陽齒輪7的極徑，為內(nèi)凹太陽齒輪7的角位移，r₂為第一中間外凸齒輪10的極徑，為第一中間外凸齒輪10的角位移，內(nèi)凹太陽齒輪7與第一中間外凸齒輪10的傳動比進一步計算第一中間傅里葉齒輪12和第一行星齒輪16的節(jié)曲線方程，以及移栽臂3上第一秧針41的頭部尖點運動方程，具體計算參照碩士論文《廖振飄.非圓-傅立葉齒輪行星輪系取苗機構(gòu)的機理分析與參數(shù)優(yōu)化.杭州：浙江理工大學，2016》。

選定內(nèi)凹太陽齒輪7的中心點，初定內(nèi)凹太陽齒輪7節(jié)曲線上的四個數(shù)據(jù)點作為型值點，并根據(jù)四個型值點極坐標唯一求解到B樣條曲線的六個控制點極坐標，其中，相鄰型值點與中心點連線之間的中心角間隔90°；再插值生成720個擬合點極坐標其中，按0～2π均分720份后由小至大依次取值；基于MATLAB編程軟件，根據(jù)720個擬合點極坐標可視化繪制出一條封閉的B樣條曲線作為內(nèi)凹太陽齒輪7的初選節(jié)曲線；在徑向方向上調(diào)整型值點位置優(yōu)化移栽臂3上第一秧針41的頭部尖點運動曲線，得到符合取苗特點和要求的內(nèi)凹太陽齒輪7節(jié)曲線，見如圖7所示的細實線部分。

步驟二、生成內(nèi)凹太陽齒輪7的外凸齒廓。如圖7所示，內(nèi)凹太陽齒輪7的節(jié)曲線包括外凸部分ABC和內(nèi)凹部分CDA。根據(jù)非圓齒輪副齒廓算法求解內(nèi)凹太陽齒輪7的外凸部分節(jié)曲線對應的外凸齒廓，非圓齒輪副齒廓算法參見《方明輝，李革，趙勻等.基于MATLAB的非圓齒輪副齒廓算法研究.農(nóng)機化研究.2010，32(8)：57-60》。

步驟三、生成內(nèi)凹太陽齒輪7的初始單齒內(nèi)凹齒廓。由于內(nèi)凹部分節(jié)曲線無法生成正常的漸開線齒廓，因此將內(nèi)凹部分節(jié)曲線坐標導入CAD繪圖軟件中優(yōu)化，優(yōu)化后的內(nèi)凹部分節(jié)曲線直接作為初始單齒內(nèi)凹齒廓，初始單齒內(nèi)凹齒廓和步驟二中求解的外凸齒廓組成內(nèi)凹太陽齒輪初始齒廓，如圖7中粗實線部分所示。

步驟四、生成第一中間外凸齒輪10初始齒廓。Pro/e軟件中的“切除”操作可實現(xiàn)去除毛坯中刀具與毛坯的重合部分，與此同時，結(jié)合展成法生成齒廓的原理，可生成第一中間外凸齒輪10初始齒廓，具體步驟如下：

1)改變內(nèi)凹太陽齒輪7外凸部分的齒頂圓直徑和齒根圓直徑，內(nèi)凹部分不變，使內(nèi)凹太陽齒輪7成為刀具齒輪43；刀具齒輪的齒頂圓直徑d_a和齒根圓直徑d_f分別為：

d_a＝(z+2h_a^*+2c^*)m

d_f＝(z-2h_a^*)m

其中，z為內(nèi)凹太陽齒輪7的齒數(shù)，m為內(nèi)凹太陽齒輪7的模數(shù)，h_a^*為內(nèi)凹太陽齒輪7的齒頂高系數(shù)，取值為1；c^*為內(nèi)凹太陽齒輪7的頂隙系數(shù)，取值為0.25。

2)計算刀具齒輪43的公轉(zhuǎn)角θ₁和自轉(zhuǎn)角θ₂：

其中，根據(jù)離散化后的和式(2)離散化為720份。如圖8所示，刀具齒輪43繞著第一中間外凸齒輪10毛坯嚙合過程中，刀具齒輪43作順時針公轉(zhuǎn)，又作順時針自轉(zhuǎn)。

3)打開Pro/e軟件，新建第一個零件格式文件，導入刀具齒輪43齒廓坐標數(shù)據(jù)，拉伸得到刀具齒輪零件文件；新建第二個零件格式文件，繪制圓柱體作為第一中間外凸齒輪10的毛坯零件文件。

4)新建組件格式文件，將刀具齒輪零件文件和毛坯零件文件按r₁、r₂、的初始值以及中心距L的取值進行裝配。

5)在組件中，對刀具齒輪進行“表陣列”，在“表陣列”操作中導入θ₁和θ₂除初始值外的719組值，得到齒輪傳動節(jié)曲線純滾動下的720個刀具齒輪零件。

6)啟動“編輯”里面“元件操作”里的“切除”操作，提示選擇一個或多個刀具，選定初始值時的刀具齒輪零件并“確定”；要求選擇毛坯時選定毛坯零件并“確定”；提示是否完成操作，選擇“完成”；提示“是否支持特征的相關放置”時，選擇“是”，則毛坯零件與初始值位置的刀具齒輪零件的重合部分已被去除。

7)由于其余719個位置的刀具齒輪43需重復步驟6)，操作繁瑣。因此，選擇制定“映射鍵”的方式簡化操作步驟。將步驟6)“切除”操作中選定刀具與毛坯的鼠標操作存入映射鍵“F1”，將“完成”和“是”的鼠標操作存入映射鍵“F2”，得到程序文件。

8)程序文件中，“#DONE；是；”表示當依次出現(xiàn)提示窗口“是否完成操作”時，選擇“完成”，出現(xiàn)提示窗口“是否支持特征的相關放置”時，選擇“是”。因此在程序文件中，“#DONE；是；”后面再添加718個“#DONE；是；”即可實現(xiàn)自動選擇719個“完成”和“是”的操作，然后保存程序文件。

9)保存并重啟組件格式文件，按下“F1”鍵，啟動“切除”操作，選中剩余719個刀具齒輪零件43并確定，再選中毛坯零件并確定。此時會跳出719組最終的需要點擊“完成”和“是”的窗口，此時按下“F2”鍵，即可使自動完成點擊命令，等待毛坯零件切除完成，再次保存組件格式文件即可。

步驟五、在Pro/e軟件中，新建第三個零件格式文件，導入內(nèi)凹太陽齒輪7的初始齒廓坐標數(shù)據(jù)，拉伸得到內(nèi)凹太陽齒輪零件文件；將內(nèi)凹太陽齒輪零件文件導入組件格式文件中按r₁、r₂、的初始值以及中心距L的取值進行裝配，并隱藏組件格式文件中所有刀具齒輪零件后，對內(nèi)凹太陽齒輪零件和切除完成后的毛坯零件進行嚙合仿真。

步驟六、若內(nèi)凹太陽齒輪的內(nèi)凹部分與毛坯零件嚙合正確，即完成內(nèi)凹太陽齒輪和第一中間外凸齒輪10的最終齒廓設計；若嚙合不正確，則重復步驟三、四和五。

該凹凸共軛-傅里葉齒輪行星輪系取苗機構(gòu)的工作原理：

動力經(jīng)中心軸4傳給行星架5，帶動行星架5轉(zhuǎn)動；牙嵌式法蘭6與內(nèi)凹太陽輪7固定連接，空套在中心軸4上，并與機架固定連接；內(nèi)凹太陽齒輪7的兩側(cè)分別與第一外凸中間齒輪10及第二外凸中間齒輪11嚙合，第一傅里葉中間齒輪12與第一行星齒輪16嚙合，第二傅里葉中間齒輪13與第二行星齒輪17嚙合；行星架5轉(zhuǎn)動帶動第一外凸中間齒輪10、第二外凸中間齒輪11、第一傅里葉中間齒輪12、第二傅里葉中間齒輪13、第一行星齒輪16和第二行星齒輪17公轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了移栽臂3的不等速傳動。

當移栽臂3秧針尖點運動到剛要進入砵盤進行取苗時，消除齒隙裝置2開始處于工作狀態(tài)，第一消除齒隙撥叉22給第一消除齒隙凸輪20力矩，或第二消除齒隙撥叉23給第二消除齒隙凸輪21力矩，使各齒輪之間的齒隙得以消除，移栽臂3能夠以穩(wěn)定的姿態(tài)進入砵盤19進行取苗，防止了取苗時移栽臂位置的晃動給苗帶來損傷。

當行星架轉(zhuǎn)動到推苗位置時，移栽臂中的移栽臂撥叉32受到移栽臂凸輪28的推動，使移栽臂撥叉32旋轉(zhuǎn)，帶動彈簧座34及推苗桿36向推苗爪37的頭部運動，第一秧針41和第二秧針42在推苗爪37的作用下張開，缽苗脫落，推苗爪37完成推苗動作。當行星架轉(zhuǎn)動到取苗位置時，移栽臂撥叉32處于移栽臂凸輪8的近休止段，兩者之間沒有接觸，在移栽臂彈簧35的作用下，彈簧座34、推苗桿36及推苗爪37恢復到初始位置，第一秧針41與第二秧針42在推苗爪37的作用下夾緊缽苗，完成取苗動作并為下一次推苗做準備。