水稻是我国主要的粮食作物，单产最高，在我国农业生产中具有十分重要的地位。在我国水稻种植主要采用育秧移栽的插秧方式，劳动强度较大，而且水稻种植机械化水平比较低。据权威部门统计，每公顷农田采用机械化种植比人工种植能增产1000kg左右的稻谷。因此，水稻种植机械化能够提高粮食产量，具有显著的社会经济效益。高速插秧机插秧效果好、性能优越，代表着未来插秧机市场的一种趋势，其底盘上的变速系统需要实现多种功能，加工难度较大，在设计时为了降低成本、便于系列化生产，采用由主变速器和机械式变速器组成的模块化设计理念。本文以高速插秧机的机械式变速器为研究对象，创新性地提出了高速插秧机底盘变速箱的模块化设计思想，对机械式变速器的传动件进行了强度分析和设计，对其主离合器的结构进行了优化设计，完成了机械式变速器样机的试制工作，主要研究内容如下：1）在综述我国水稻种植机械化发展的基础上，对插秧机的技术发展进行了分析研究；根据高速插秧机的工作要求，分析了其变速系统中常用的三种变速方式的工作原理和特点；对机械式变速器在农机中的应用及其主离合器的类型和特点进行了研究。2）根据高速插秧机的功能要求，提出了变速系统的模块化设计思想，确定了机械式变速器的传动原理，完成了其结构设计。3）建立了机械式变速器传动件的力学分析模型，并进行了受力分析和强度校核。4）根据高速插秧机的使用要求，确定了机械式变速器中主离合器采用湿式中央弹簧式离合器的结构形式；根据高速插秧机的工况和离合器的设计理论，确定了摩擦片的形式和材料，初选了主离合器的基本参数。5）建立了主离合器摩擦片的优化设计模型，以摩擦片的摩擦面积最小为目标函数，通过设计变量的选取，在MATLAB优化工具箱中利用fimincon函数在约束条件下求得一组满足目标函数的最优解，优化后的摩擦面积减小了9.26%，根据优化结果，设计出了主离合器。6）通过自底向上的产品装配设计方法，在CATIA软件中建立机械式变速器的装配模型，利用干涉检验方法证实了结构设计的正确性，完成了机械式变速器零部件的生产图纸设计工作，并制造出样件。