卷盘喷灌机具有维护方便、喷洒均匀度高等优点,现已成为我国最具发展前景的灌溉装备之一。现有的卷盘喷灌机存在以下问题:大多数卷盘喷灌机采用水涡轮驱动,水涡轮工作效率较低,且低工况下动力不足;水涡轮驱动型卷盘喷灌机传动系统包括带传动、减速箱(4~5级圆柱齿轮传动)、链传动,传动系统冗杂且效率低下。针对以上问题,本文采用永磁无刷直流电机代替水涡轮驱动,电机工作效率高于70%;电机转速较高,减速箱需要的传动比增加至380~550,原有的4~5级圆柱齿轮传动无法满足大传动比需求,针对电机驱动装置设计出了一种高效率大传动比的行星齿轮传动系统。三级行星齿轮传动系统结构紧凑,对应的行星齿轮箱体结构体积和质量减小,但电机转速较高,因此电机驱动型减速箱需要比水涡轮驱动型减速箱具有更强的承载能力。为了减小传动机构体积、提升行星齿轮减速箱传动性能、延长各零部件的使用寿命以及提高该减速箱的经济性,本文做了以下几个方面研究:(1)优化设计了一种高效大传动比的电驱动卷盘喷灌机行星齿轮传动系统。对行星齿轮传动系统的传动比和档位进行设计,确定了行星齿轮传动系统结构。完成了对三级行星齿轮传动机构的优化设计,首先选取设计变量,建立了以三级行星齿轮传动机构体积最小为目标的目标函数,同时基于行星齿轮传动设计原理,确定了对应的约束函数。然后运用MATLAB中的遗传算法工具箱,编写相关程序,设置相应参数,对三级行星齿轮传动机构进行优化求解。根据所得最优解,结合设计原则,圆整了优化结果,且优化结果表明,优化后传动机构总体积减少17.9%。最后对优化后的电驱动型行星齿轮传动系统进行效率试验,传动效率相较于原有的水涡轮驱动型传动系统效率提升了约25%,验证了优化的合理性。(2)建立了三级行星齿轮传动机构三维模型,并对关键齿轮进行微观修形。详细介绍了使用Romax Designer对三级行星齿轮传动机构的建模过程,以及行星齿轮组详细模型的建立、载荷谱的定义过程,为后续的仿真优化奠定基础。对模型进行仿真分析,根据修形前太阳轮齿面单位长度载荷分布图确定修形方法和修形量,最终采用齿向修形和齿廓修形相结合的方法对太阳轮进行微观修形。将修形前后第一级太阳轮单位长度所受载荷图及修形前后齿轮传动误差图进行对比分析,修形后一级太阳轮齿面单位长度最大载荷由328N/mm下降至159N/mm,减少了51.5%,传动误差由4μm降至0.15μm,且齿面载荷分布均匀,显著改善了啮合质量,提高了太阳轮的承载能力。(3)采用现代设计方法对行星齿轮减速箱箱体进行了优化设计。在SolidWorks中对减速箱箱体进行参数化建模,并在参数化建模的基础上提出了对箱体关键尺寸进行优化。阐述了响应曲面优化的基本原理,然后使用Workbench优化模块对选择的四个箱体设计尺寸进行试验设计,并对数据拟合度、设计变量和目标参数灵敏度、目标参数间的关系以及设计变量对目标参数的响应线和响应面进行了分析,最后得到基于多目标优化的结果,箱体质量减轻7.8%,最大变形量减少11.5%,箱体所受最大应力减少19.9%。(4)运用有限元分析方法对行星齿轮减速箱箱体进行了优化前后性能对比分析。通过静力学对比分析,优化后箱体所受最大应力减少6400pa,箱体总位移减少9.48%,优化后减速箱箱体所受最大应力和箱体变形量都减小,强度和刚度都有明显提高,且箱体运行性能得到提升。通过模态对比分析,每一阶固有频率都有一定增加,前五阶的最大相对变形量变化不大,但第六阶最大相对变形量由9.7136mm降为6.6249mm,下降了约31.8%,箱体总体刚度提升。箱体最低阶固有频率为100.5Hz,远大于电机最大转速引起的激励响应频率,不会发生共振现象。最后对箱体进行了模态试验,各阶相对误差都小于5%,验证了有限元模型的准确性。