水稻宽窄行种植能够实现水稻秧苗宽、窄行距有序间隔种植，是中国农艺专家提出的一种经过实践证明能够有效提高水稻质量和产量的农艺措施。宽窄行分插机构是实现宽窄行机械种植的核心工作部件。本课题组通过多年探索，发明了多种宽窄行分插机构。目前，能够实现宽窄行插秧的步行旋转式分插机构主要有两种结构：利用锥齿轮或斜齿轮传递动力来改变驱动箱结构的斜置式、利用斜齿轮交错布置传递动力来改变齿轮箱（行星架）结构的交错轴式。上述两种分插机构在功能上能够实现宽窄行插秧，但存在斜向取秧和大穴口的问题。宽窄行分插机构形成的是复杂的空间运动轨迹，优化成为宽窄行分插机构研制的难点。本文以斜齿交错—椭圆锥齿轮宽窄行分插机构为研究对象，探索一条宽窄行分插机构创新方法、优化模型、参数优化、虚拟制造及试验、台架试验的现代化设计之路。本论文是国家自然基金项目（5115073、5125364）扶持的一项重点课题，主要完成以下工作：1)机构创新。发明一种斜齿交错-椭圆锥齿轮宽窄行分插机构，弥补斜置式和交错传动式分插机构取秧量不均匀、伤秧率高、漂秧率高的问题，具有小穴口、直取秧的优点。2)理论研究。采用D-H矩阵变换法，建立机构的运动学数学模型；将宽窄行农艺要求抽象为具体的运动学优化目标，并将各优化目标函数化表示。3)优化方法创新。根据理论研究建立的优化模型，结合“参数导引”优化方法，自主开发具有良好交互性、可视化的三维优化软件，分析关键点的位移、速度特性，运动轨迹的横向偏移量、插秧穴口及取秧段轨迹横向偏移量等运动学要求与设计参数的关系。4)虚拟制造及虚拟试验。提出一种实现非圆齿轮虚拟制造的新技术—基于ADAMS解释性语言进行二次开发的齿廓设计方法，开发斜齿椭圆齿轮、椭圆锥齿轮齿廓设计软件；基于UG/Open API完成锥齿轮刀具三维变形设计；结合ADAMS及ANSYS完成分插机构的刚柔耦合样机试验，并分析粉末冶金齿轮在取秧碰撞秧门等意外情况下的受力情况。5)台架试验验证。利用高速摄像机及配套设备、图像处理软件、试验台完成运动学试验，分析运动周期内的动作和姿态，并与理论分析、虚拟试验作对比分析。通过自主开发的优化软件优化得到的参数为：θ=0，η=65，β=0，A=19.3，e₁=0.08，R=175， δ=13，k₂=0.93，=326，L=50，S₃=165，实现取秧段轨迹横向偏移量L₁=2.09mm，轨迹偏移量L₂=50.0824mm，横向穴口L₃=23.5mm，前进方向穴口L₄=20.5mm。理论模拟、虚拟试验、台架试验结果基本一致，验证了设计方法的正确性。