畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-太陽(yáng)能追蹤裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、圖書(shū)分類號(hào)：密 級(jí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)太陽(yáng)能追蹤裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)THE STRUCTURE DESIGN OF SOLAR TRACKING DEVICES XXX畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)XXX學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： XXX學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū)本人完全了解XXX關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生

2、在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸XXX所擁有。XXX有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本影本和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。XXX可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要我們現(xiàn)在使用的能源大部分是煤炭等化石能源。但是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，天然氣、煤炭、石油是非再生能源，瀕臨枯竭。而且會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染的問(wèn)題，當(dāng)我們面臨這種狀況時(shí)，我們更應(yīng)該開(kāi)發(fā)并使用可再生資源。太陽(yáng)作為自然界的一種天然可再生能源，它

3、的優(yōu)秀特點(diǎn)有：散布領(lǐng)域廣、儲(chǔ)量無(wú)限以及清潔沒(méi)有污染，它的開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)成為再生資源的開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，是人類最為理想的替代品。其中最為重要的問(wèn)題是我們?cè)趺礃硬拍芸焖俚靥岣咛?yáng)能使用效率。當(dāng)太陽(yáng)能效率的提高后我國(guó)能源利用也會(huì)相應(yīng)的受到影響，它對(duì)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展有很大的作用，也對(duì)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的形成有很大的幫助。當(dāng)我看到太陽(yáng)能利用效率時(shí)，我就覺(jué)得這個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)該選擇太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置，使得太陽(yáng)能板能夠時(shí)刻對(duì)著太陽(yáng)光線，讓這個(gè)跟蹤裝置最大限度的發(fā)揮太陽(yáng)能的作用。這個(gè)裝置是由一個(gè)名為單片機(jī)控制的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，在考慮了某一個(gè)地方的經(jīng)緯度或者光照強(qiáng)度等因素后，單片機(jī)會(huì)輸出控制系統(tǒng)的一些相關(guān)數(shù)據(jù)，這樣一來(lái)

4、就可以控制電動(dòng)機(jī)，與此同時(shí)也是由機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)讓太陽(yáng)能電池板能夠?qū)μ?yáng)光進(jìn)行自動(dòng)追蹤的目的。并且對(duì)該系統(tǒng)采用二維跟蹤方式，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板東西方向和南北方向共同調(diào)整跟蹤，從而使利用效率更高、跟蹤精度更高。 關(guān)鍵字： 太陽(yáng)能 ；自動(dòng)跟蹤 ；步進(jìn)電機(jī) ；二維運(yùn)動(dòng)。AbstractThe energy we use today is mostly fossil energy, such as coal.But with the increase of time, natural gas, coal, oil is non renewable energy, the verge of exhaust

5、ion.And the problem of environmental pollution, in which the development of renewable energy becomes more and more important.Sun as the nature of a kind of natural renewable energy, its outstanding features are: the scattered fields, unlimited reserves and clean without pollution, its development an

6、d use has become the hotspot in regenerative resources development, is the ideal substitute for human beings.How to make the use of solar energy efficiency rapid and rapid growth has become the top priority of all issues.The improvement of solar energy efficiency will directly affect the energy util

7、ization of our country, and directly affect the sustainable development of our country and have a lot of significance for the construction of the resource-saving and environment-friendly society.Taking into account the utilization efficiency of solar energy, this design choice for solar automatic tr

8、acking device, the solar panels can constantly facing the sun light, let this tracking device to maximize the use of solar energy.The device is controlled by a single chip microcomputer automatic tracking system by latitude and longitude consider somewhere, light according to such factors as the str

9、ength, system is controlled by the microcontroller output data to control the motor and through a mechanical transmission mechanism to make solar panels to the sunlight automatic tracking purposes.And the system uses the two-dimensional tracking mode, in order to achieve the solar panel and the dire

10、ction of the east-west direction and the direction of the common tracking, so that the use of higher efficiency, higher tracking accuracy.Key words：solar energy automatic track stepping motor two-dimensional movement.II目 錄摘要IAbstractII目 錄11緒論11.1概述11.1.1能源使用的狀況及未來(lái)發(fā)展情況11.1.2太陽(yáng)能利用背景及意義11.2太陽(yáng)能裝置在國(guó)內(nèi)外的研究

11、狀況及發(fā)展趨勢(shì)21.3論文研究?jī)?nèi)容22 太陽(yáng)能自動(dòng)追蹤裝置的設(shè)計(jì)方案32.1 太陽(yáng)圍繞地轉(zhuǎn)動(dòng)的規(guī)律32.1.1地平坐標(biāo)系32.1.2赤道坐標(biāo)系32.1.3太陽(yáng)位置的確定42.2 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置性能分析52.3 太陽(yáng)能跟蹤方式的比較和選擇52.3.1 跟蹤方式的比較62.3.2 本課題跟蹤方式的選用72.4本章小結(jié)73 機(jī)械設(shè)計(jì)部分83.1 太陽(yáng)能電池板及收放裝置83.1.1太陽(yáng)能電池板的設(shè)計(jì) 83.1.2電池板收放裝置的設(shè)計(jì)93.2 行星輪減速器的設(shè)計(jì)103.2.1齒形及精度103.2.2齒輪材料及性能103.2.3傳動(dòng)比分配113.2.4 第一級(jí)行星輪系設(shè)計(jì)113.2.5第二級(jí)行星輪系部

12、分設(shè)計(jì)計(jì)算153.2.6 軸上部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核203.3 水平方向角跟蹤裝置的設(shè)計(jì)233.3.1 蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)233.4 俯仰角調(diào)節(jié)的裝置設(shè)計(jì)313.5電機(jī)的選擇323.5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)323.5.2步進(jìn)電機(jī)的主要特性333.5.3步進(jìn)電機(jī)的選擇343.6 底座的設(shè)計(jì)343.7 本章小結(jié)354 結(jié)論364.1總結(jié)364.2展望36致謝37參考文獻(xiàn)3821緒論1.1概述1.1.1能源使用的狀況及未來(lái)發(fā)展情況能源是我們現(xiàn)在也是祖先、子孫后代生存和發(fā)展中不可缺少的基礎(chǔ)，我們也可以這樣理解，現(xiàn)在展現(xiàn)在我們面前的這樣一個(gè)文明社會(huì)的形成與能源有緊密的聯(lián)系。如今像天然氣、石油這種礦物燃料已經(jīng)被很

13、多國(guó)家使用，并將它們作為主要能源。由于化石燃料變得越來(lái)越少加上全世界環(huán)境變差，世界各國(guó)人民越來(lái)越重視開(kāi)發(fā)可循環(huán)再生能源和綠色新能源這項(xiàng)工作。在以后可以預(yù)想到的很長(zhǎng)時(shí)間中，天然氣、石油、煤炭等一些礦石燃料仍然會(huì)在以后的生活中被人類主要使用，然而隨著人們對(duì)風(fēng)、太陽(yáng)、地?zé)?、潮汐等一系列可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用的越來(lái)越重視，所以在整個(gè)能源消耗中這一系列的綠色可再生能源所占的比重也變得越來(lái)越多。根據(jù)相關(guān)資料可以統(tǒng)計(jì)出在二十世紀(jì)九十年代的時(shí)候，全世界每年風(fēng)力所發(fā)電的增長(zhǎng)量為百分之二十七左右，太陽(yáng)能所發(fā)的電內(nèi)能增長(zhǎng)百分之二十左右，與此同時(shí)例如煤炭、石油等化石燃料每年發(fā)電的增長(zhǎng)量卻僅有1.2%，通過(guò)這些數(shù)據(jù)資料

14、我們也可以猜測(cè)在以后的幾年中，綠色可再生能源在未來(lái)能源的使用比重的加大，它們和化石燃料使用機(jī)會(huì)的次數(shù)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性，因此也有利于結(jié)束大量使用化石燃料的局面。因此，相比這種不可再生并且會(huì)對(duì)我們的環(huán)境帶來(lái)很大壓力的化石能源，太陽(yáng)能這種取之不盡、綠色環(huán)保、并對(duì)環(huán)境無(wú)污染的新能源讓人們看到了一個(gè)充滿希望、充滿正能量的未來(lái)世界。1.1.2太陽(yáng)能利用背景及意義作為新能源中的一種，太陽(yáng)能和一般能源相比較有三個(gè)特點(diǎn)：第一，它不會(huì)像煤炭一樣有用光的時(shí)候，是再生能源；第二，太陽(yáng)可以照射到地球的每一個(gè)角落，太陽(yáng)能的利用很便捷，在任何有太陽(yáng)的地方都可以將其開(kāi)發(fā)利用，完全不用擔(dān)心關(guān)于運(yùn)輸商的問(wèn)題，所以對(duì)那些偏遠(yuǎn)地區(qū)或者

15、交通不便的地方來(lái)說(shuō)太陽(yáng)能利用的價(jià)值尤為重大；第三，太陽(yáng)能綠色環(huán)保沒(méi)有污染?，F(xiàn)在的光熱轉(zhuǎn)換、光化轉(zhuǎn)換以及光電轉(zhuǎn)換是太陽(yáng)能主要能運(yùn)用到的三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。因?yàn)槟茉聪∩?，環(huán)境污染，溫室效應(yīng)，人類對(duì)于再生能源的需求，在石化原料即將耗盡的同時(shí)倍受重視。太陽(yáng)能是個(gè)極好的替代能源，因?yàn)槊刻焯?yáng)投射到地球表面的能量極大，甚至超過(guò)地球所需的一萬(wàn)倍。開(kāi)發(fā)和研究太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能電池板發(fā)電效率方面有了很大的提高，達(dá)到了低成本、高精度、使用靈活、運(yùn)行穩(wěn)定的效果。為大規(guī)模使用太陽(yáng)能發(fā)電，合理利用能源進(jìn)行了有益探索。（權(quán)威試驗(yàn)測(cè)定，在同樣的狀況下，固定式太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備發(fā)電量比只能追蹤系統(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備低35%）1.2太

16、陽(yáng)能裝置在國(guó)內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 世界上開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能最成功最廣泛的國(guó)家是日本，日本也毫無(wú)例外的成為了太陽(yáng)能應(yīng)用的最強(qiáng)者。當(dāng)太陽(yáng)能技術(shù)得到了不斷地發(fā)展后，能量運(yùn)用的轉(zhuǎn)換率也會(huì)毋庸置疑的得到相應(yīng)的提高，最最讓人感到欣慰的是，在所有的新能源中太陽(yáng)能的成本最低。到1997年為止，德國(guó)政府在1990年推出的“一千屋頂計(jì)劃”已經(jīng)完成了將近萬(wàn)套，其中每套屋頂?shù)娜萘渴?5千瓦，這樣算下來(lái)他們的累積安裝量差不多為3.3萬(wàn)千瓦。美國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電已經(jīng)形成了相對(duì)比較完備的生產(chǎn)體系，在這個(gè)體系中包括多晶硅材料提純、光伏電池生產(chǎn)及發(fā)電系統(tǒng)制造。在2005年，美國(guó)光伏發(fā)電總?cè)萘渴侨澜绲牡谌_(dá)到了100萬(wàn)千瓦時(shí)

17、，排在美國(guó)前兩個(gè)國(guó)家分別是日本和德國(guó)。1998年的時(shí)候意大利總投入5500億里拉開(kāi)始實(shí)行總?cè)萘窟_(dá)5萬(wàn)千瓦的“全國(guó)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，并且在2002年完成。1997年12月的時(shí)候，印度就宣布了他們會(huì)在2002年之前推廣太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)，數(shù)量會(huì)達(dá)到150萬(wàn)套。法國(guó)將每年將投入3000萬(wàn)法郎資金來(lái)實(shí)行一個(gè)一個(gè)已經(jīng)被批準(zhǔn)的太陽(yáng)能利用計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃名為“太陽(yáng)神2006”。中國(guó)研制了一個(gè)關(guān)于太陽(yáng)能跟蹤方面的跟蹤器，名為單軸太陽(yáng)跟蹤器，單軸太陽(yáng)跟蹤器是通過(guò)自動(dòng)追蹤東西方向及手動(dòng)調(diào)節(jié)南北方向的這個(gè)方法來(lái)增長(zhǎng)接收器的接受效率的。最近幾年中國(guó)不少研究這方面的專家、學(xué)者對(duì)太陽(yáng)能跟蹤方面進(jìn)行了更加深入的研究，并且退出來(lái)太

18、陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其中能夠完成單向追蹤的一種跟蹤器是1994年太陽(yáng)能雜志介紹單軸液壓自動(dòng)跟蹤器。當(dāng)前，光電追蹤方式和根據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤方式是在太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)追蹤太陽(yáng)的方法中尤為突出的兩種方式光電追蹤方式是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，而根據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤方式是開(kāi)環(huán)的程控系統(tǒng)。1.3論文研究?jī)?nèi)容（1）通過(guò)查找文獻(xiàn)來(lái)觀察、考慮并且分析太陽(yáng)的運(yùn)行規(guī)律，而且也可以結(jié)合國(guó)內(nèi)外的幾種不同方法來(lái)看從而提出一些相對(duì)比較合理的跟蹤方法，完成以上幾步之后就可以設(shè)計(jì)跟蹤裝置了；（2）廣泛的查閱太陽(yáng)能追蹤裝置的相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)追蹤裝置的特點(diǎn)，整理、分、比對(duì)太陽(yáng)能跟蹤裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理或者是外觀形象等，確定太陽(yáng)追蹤裝置的最終

19、設(shè)計(jì)方法；（3）計(jì)算方位角回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，俯仰角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的尺寸，對(duì)齒輪，連接軸關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和校核,研究機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置等部分相關(guān)問(wèn)題，查找文獻(xiàn)理解工作原理，給出解決方案；（4）根據(jù)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，使用proe、wildfire進(jìn)行三維設(shè)計(jì)；2 太陽(yáng)能自動(dòng)追蹤裝置的設(shè)計(jì)方案。3 機(jī)械設(shè)計(jì)部分3.1 太陽(yáng)能電池板及收放裝置 3.1.1太陽(yáng)能電池板的設(shè)計(jì) 如圖3.1所示，太陽(yáng)能電池板分類：晶體硅電池板分為多晶硅和單晶硅太陽(yáng)能電池；非晶硅電池板分為薄膜和有機(jī)太陽(yáng)能電池；化學(xué)染料電池板有染料敏化太陽(yáng)能電池。 圖3.1 太陽(yáng)能電池板太陽(yáng)能電池板發(fā)電系統(tǒng)：（1）離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（2）并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)

20、（3）分布式發(fā)電系統(tǒng)。離網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)的組成部分：太陽(yáng)能電池組件、控制器、蓄電池（如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器），分布式發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜組成，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要特點(diǎn)是將所發(fā)電能直接輸送到電網(wǎng)，所發(fā)的電能由電網(wǎng)調(diào)配發(fā)往各用戶。但這種電站投入資金大、建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)、占地面積大，還沒(méi)有太大發(fā)展。分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是并網(wǎng)發(fā)電的主要發(fā)電系統(tǒng)。分布式發(fā)電系統(tǒng)是指在用電現(xiàn)場(chǎng)或者周圍極小的范圍內(nèi)配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 太陽(yáng)能電池板材料：目前，晶體硅材料是最主要的光伏

21、材料，市場(chǎng)中九成以上在使用,而且在以后很長(zhǎng)一段時(shí)間太陽(yáng)能電池的主要材料會(huì)是晶體硅。單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是所有太陽(yáng)能電池中光電轉(zhuǎn)換率最高的，能達(dá)到24%，但制作成本太大了，所以它還不能被廣泛的使用。單晶的使用壽命能高達(dá)25年是因?yàn)橛娩摶ＡШ头浪畼?shù)脂進(jìn)行封裝，從而堅(jiān)固耐用。多晶硅太陽(yáng)電池和單晶硅太陽(yáng)電池的制作工藝都差不多，但是多晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率卻只有12%，比單晶硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率小很多。不過(guò)從制作成本上來(lái)講，多晶硅比單晶硅太陽(yáng)能電池要便宜一些，并且考慮到在制造時(shí)材料方面比較簡(jiǎn)便，節(jié)省了各種能源消耗，總體成本都比較少，所以多晶硅的發(fā)展比較廣。太陽(yáng)能電池板原理：太陽(yáng)電池就是

22、利用光伏效應(yīng)”（光電轉(zhuǎn)換）制成的。太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換就是太陽(yáng)的輻射能通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^(guò)程。要產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出功率，就要把一個(gè)個(gè)電池元件串聯(lián)或者并聯(lián)起來(lái)。太陽(yáng)能發(fā)電有以下幾種途徑：第一個(gè)是通過(guò)光熱電轉(zhuǎn)換這種方法：在這種方法中發(fā)電通過(guò)太陽(yáng)光照射的熱能來(lái)產(chǎn)生的，一般情況下都是蒸汽是由太陽(yáng)能集熱器吸收的熱能轉(zhuǎn)換而來(lái)的，這是一種用蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。上面所說(shuō)的第一個(gè)方法是將光轉(zhuǎn)換成熱；第二種方法是將熱變?yōu)殡?，像平常的那種火力發(fā)電一樣，但是將太陽(yáng)能熱發(fā)電的這種方法的最不足的一個(gè)地方就是它的效率低但是它所要用到的金額卻很高。第二個(gè)方法是通過(guò)光電直接轉(zhuǎn)換的方法：這種方式中所涉及到的一個(gè)方面是

23、光電效應(yīng)，它把太陽(yáng)的輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，而在光能電能轉(zhuǎn)換中最為原始的一個(gè)裝置就是太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池是的一個(gè)最能體現(xiàn)他本質(zhì)的功能是將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能，并且它是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，太陽(yáng)能電池是這樣產(chǎn)生電流的：一旦太陽(yáng)光直接照射到光電二極管上的時(shí)候，這個(gè)裝置中的光電二極管就會(huì)把我們?nèi)粘Ｋ?jiàn)的太陽(yáng)的光能變成電能。輸出功率相對(duì)比較大的太陽(yáng)能電池組是由許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)而成的。3.1.2電池板收放裝置的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中使用的太陽(yáng)能電池板由兩塊m2和一塊m2的電池板組成，如圖3-2所示。圖3-2太陽(yáng)能電池板 如果太陽(yáng)能板完全伸展開(kāi)，太陽(yáng)能電池板所形成的面積比較大，當(dāng)它碰到大風(fēng)或者是雷雨等天

24、氣狀況非常不好的情況下，電池板所受到的風(fēng)力等一系列的力會(huì)相對(duì)比較大，這一整套跟蹤裝置也會(huì)因?yàn)檫@樣或那樣的自然原因變得非常脆弱，很容易受到破壞整個(gè)跟。為了減小惡劣天氣下的受力面積，起到保護(hù)太陽(yáng)能電池板的作用，我們采用收放裝置實(shí)現(xiàn)兩側(cè)兩塊板的自由收放。為了實(shí)現(xiàn)收放功能，兩側(cè)的太陽(yáng)能電池板要比中間電池板低一些，在兩側(cè)板上裝上滑輪，相應(yīng)的在支架上設(shè)置有軌道。在整個(gè)支架的下方裝上絲桿通過(guò)減速器與步進(jìn)電機(jī)相連接。該絲桿兩端螺紋的旋向相反，在絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，兩側(cè)的電池板可以實(shí)現(xiàn)同步同速率但方向相反的伸展或者收縮運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)電池板的收放功能。圖3-2電池板收放裝置如圖3-2所示為電池板收放功能裝置。步進(jìn)電機(jī)通

25、過(guò)減速器將動(dòng)力傳到絲桿上，絲桿的兩側(cè)與電池板相連接。由于絲桿的選項(xiàng)是相反的，所以絲桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)板的同時(shí)同速率反向的運(yùn)動(dòng)。為了使減速器在相同減速比的條件下結(jié)構(gòu)更加緊湊，減小其尺寸，所以在此採(cǎi)用兩級(jí)行星輪減速器。3.2 行星輪減速器的設(shè)計(jì)3.2.1齒形及精度3.2.2齒輪材料及性能高速級(jí)太陽(yáng)輪和行星輪采用硬齒面，以提高承載能力，減低尺寸，內(nèi)齒輪用軟齒面。高速級(jí)部分采用軟齒面。兩級(jí)材料性能如表3-1。疲勞極限Hlim 和Flim 查書(shū)選取，行星輪的Flim 是乘以0.7后的數(shù)值。表3-1 齒輪材料及性能3.2.3傳動(dòng)比分配根據(jù)傳動(dòng)要求分配第級(jí)與第級(jí)的傳動(dòng)比，第級(jí)傳動(dòng)比i=5,第二級(jí)傳動(dòng)

26、比i=43.2.4 第一級(jí)行星輪系設(shè)計(jì)（1）配齒數(shù) （2）按彎強(qiáng)度曲初算模數(shù)m因?yàn)槿『椭械妮^小值=則=292.25N/mm則齒數(shù)模數(shù)的出算公式為：查書(shū)取模數(shù)m=1.26mm.計(jì)算出第一級(jí)各齒輪的基本參數(shù)如下表所示：表3-2 第一級(jí)行星輪系基本幾何尺寸 單位：mm（3）進(jìn)行接觸和彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算表3-3 接觸強(qiáng)度有關(guān)系數(shù)齒輪疲勞強(qiáng)度校核外嚙合查書(shū)計(jì)算接觸應(yīng)力,用式6-21計(jì)算其需用應(yīng)力,式中的參數(shù)和數(shù)值如表3-4表3-4外嚙合接觸強(qiáng)度有關(guān)參數(shù)和系數(shù)代號(hào)名稱說(shuō)明取值使用系數(shù)按中等沖擊1.25 動(dòng)載系數(shù) 6級(jí)精度，1.01 齒向載荷分布系數(shù)=0.311.065 齒間載荷分布系數(shù)六級(jí)精度1 行星輪

27、間載 荷分布系數(shù)行星架浮動(dòng)1.20 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)2.5 彈性系數(shù)189.8 重合度系數(shù)0.90 螺旋角系數(shù)直齒，=01 分度圓上切向力 685.7Nb工作齒寬17 u 齒數(shù)比1.526壽命系數(shù)按工作15年，每年工作300天，每天12小時(shí)計(jì)算 ，按HRC=60,v=0.9571 潤(rùn)滑油系數(shù) 1.03速度系數(shù) 0.95粗超度最小安全系數(shù)1.01工作硬化系數(shù)內(nèi)齒輪均為硬齒面1尺寸系數(shù)1 最小安全系數(shù)按高可靠度1.25接觸應(yīng)力基本值接觸應(yīng)力許用接觸應(yīng)力: / =故,接觸強(qiáng)度通過(guò)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞應(yīng)力及許用應(yīng)力計(jì)算并分別對(duì)太陽(yáng)輪和行星輪進(jìn)行校核。各項(xiàng)參數(shù)如表3-5表3-5 外嚙合齒根彎曲強(qiáng)度有

28、關(guān)參數(shù)和系數(shù)代號(hào)名稱說(shuō)明取值齒向載荷分布系數(shù) 1.054齒間載荷分布系數(shù)1行星輪載荷分布系數(shù)1.3太陽(yáng)輪齒形分配敘述x=0,z=192.84行星輪齒形分布系數(shù)x=0,2.54太陽(yáng)輪應(yīng)力修正系數(shù)1.57太陽(yáng)輪應(yīng)力修正系數(shù)1.72重合度系數(shù)0.72彎曲壽命能夠系數(shù)N31試驗(yàn)齒輪應(yīng)力修正系數(shù)按所給區(qū)域圖取2太陽(yáng)輪齒根圓角敏感系數(shù)0.96行星齒輪齒根圓角敏感系數(shù)0.97齒根表面形狀系數(shù)1.045最小安全系數(shù)按高可靠度1.6太陽(yáng)輪： 彎曲應(yīng)力基本值： 彎曲應(yīng)力： =.Y=故, 彎曲強(qiáng)度通過(guò) 行星輪 =/bm=103.79N/mm=./ =.=故,彎曲強(qiáng)度通過(guò)內(nèi)嚙合 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度、計(jì)算，其中與外齧合取

29、值，不同的參數(shù)為u=77/29=2.655 , =0.87, =1.03,=0.97, =1.11=.Z=mm故 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度只需計(jì)算內(nèi)齒輪，其中取值與外嚙合不同的系數(shù)：，=0.683 = 1.02 =1.045 =/ =故31試驗(yàn)齒輪應(yīng)力修正系數(shù)按所給區(qū)域圖取2太陽(yáng)輪齒根圓角敏感系數(shù)0.96行星齒輪齒根圓角敏感系數(shù)0.97齒根表面形狀系數(shù)1.045最小安全系數(shù)按高可靠度1.6太陽(yáng)輪： 彎曲應(yīng)力基本值： =彎曲應(yīng)力： =.Y=故, 彎曲強(qiáng)度通過(guò)行星輪 =./bm=N/mm=./ =.=故,彎曲強(qiáng)度通過(guò)內(nèi)嚙合 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度、計(jì)算，其中與外嚙合取值，不同的參數(shù)為u=82/27=3.04 ,

30、=0.87, =1.03,=0.97, =1.11=.Z =mm故 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度只需計(jì)算內(nèi)齒輪其中取值與外嚙合不同的系數(shù)：，=0.683 = 1.02 =1.045 = =.= =./ = 故,彎曲強(qiáng)度通過(guò)表3-10 行星輪系各齒輪幾何參數(shù)匯總3.2.6 軸上部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核（1）軸的計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸入軸3.確定軸的最小直徑選取軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理取,于是得 圖3-3輸出軸的簡(jiǎn)圖第一級(jí)行星輪軸的設(shè)計(jì)與校核 第二級(jí)太陽(yáng)輪軸的設(shè)計(jì)與校核 圖3-4 第二級(jí)太陽(yáng)輪軸的結(jié)構(gòu)第二級(jí)行星輪軸的設(shè)計(jì)與校核 行星輪減速器的輸出軸的設(shè)計(jì)與校核圖3-5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3 水平方向角跟蹤裝置的設(shè)計(jì)

31、3.3.1 蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)取推力圓柱磙子軸承的摩擦系數(shù)為0.004，所以步進(jìn)電機(jī)要克服的摩擦力為F=11.2N，要克服的摩擦阻力距為Mf=560N.mm=0.56N.m，考慮超載情況等，將要克服的摩擦阻力距擴(kuò)大二倍得 旋轉(zhuǎn)立柱需要克服的摩擦阻力距為，所以電機(jī)輸出的最小轉(zhuǎn)矩應(yīng)該為 蝸輪蝸桿的基本數(shù)據(jù)傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算3) 蝸桿的頭數(shù)，渦輪的齒數(shù)為，傳動(dòng)比為，模數(shù)為，無(wú)變位系數(shù)，導(dǎo)程角為 確定許用應(yīng)力渦輪許用接觸應(yīng)力 渦輪許用彎曲應(yīng)力 其中查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表16.5-14，有 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖16.5-4得 則許用接觸應(yīng)力 許用彎曲應(yīng)力 =70N/ 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表16.5

32、，齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算公式查表16.5中,有 查表16.5使用系數(shù) 載荷分布系數(shù) 載荷系數(shù) 渦輪克服的摩擦阻力距為將上述數(shù)據(jù)代入齒面接觸強(qiáng)度驗(yàn)算公式所以齒面接觸強(qiáng)度校核通過(guò)。渦輪齒根彎曲強(qiáng)度校核查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表16.5，得驗(yàn)算公式 則 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖 16.5，得渦輪齒根彎曲強(qiáng)度校核通過(guò)蝸桿幾何尺寸計(jì)算渦輪幾何尺寸計(jì)算 表3-11 蝸輪蝸桿的基本參數(shù)蝸輪軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算渦輪軸上的阻力距為 初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理 取,于是得 渦輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-6 渦輪軸的結(jié)構(gòu)校核軸的強(qiáng)度圖3-7 渦輪軸的校核A) 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，3-7（a）。B) 水平面內(nèi)彎矩，3-7（b）。兩支承

33、端的約束反力為截面C處的彎矩為C) 垂直面內(nèi)彎矩圖，3-7（c） 兩支承端的約束反力為截面C左側(cè)的彎矩為D) 合成彎矩圖，3-7（d）。截面C左側(cè)的合成彎矩為截面C右側(cè)的合成彎矩為E) 扭矩圖，3-7（e）。蝸輪與聯(lián)軸器之間的扭矩為F) 當(dāng)量彎矩圖，3-7（f）。由公式 可得 渦輪軸承的選擇計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，圓錐磙子軸承30212的主要性能：， 計(jì)算軸承支反力圖3.8水平支反力：，垂直支反力：，合成支反力：3）計(jì)算軸承所受的當(dāng)量動(dòng)載荷軸承工作時(shí)有中等沖擊，由表得載荷系數(shù)當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式： 因 查表10.5 所以： 因 查表得，所以： 蝸桿軸承的校核及計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，圓錐磙子軸承3020

34、7的主要性能：，1）計(jì)算軸承支反力圖3.9水平支反力：，垂直支反力：，合成支反力：4）計(jì)算軸承所受的當(dāng)量動(dòng)載荷軸承工作時(shí)有中等沖擊，載荷系數(shù)當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式：因 所以： 因 查表得，所以： 所以： 3.4 俯仰角調(diào)節(jié)的裝置設(shè)計(jì)風(fēng)力對(duì)電池板產(chǎn)生的扭矩為：風(fēng)載荷作用于電池板的正壓力為： 3.5電機(jī)的選擇3.5.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一些專家以前的研究中可以知道步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩者中步進(jìn)電機(jī)比較簡(jiǎn)單，所以這個(gè)裝置我們就可以決定用步進(jìn)電機(jī)來(lái)使齒輪傳動(dòng)起來(lái)，步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)轉(zhuǎn)換脈沖信號(hào)的一定角位信號(hào)，從而可以讓它本身可以轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。所以，當(dāng)科學(xué)家們了解到它的這個(gè)性質(zhì)以后就覺(jué)得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)其實(shí)特別適合運(yùn)動(dòng)單片

35、機(jī)來(lái)控制，這一系列的觀察研究都為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展提供了一個(gè)非常好的前提基礎(chǔ)，與此同時(shí)也讓我們發(fā)現(xiàn)它在以后生活中的良好應(yīng)用前景。3.5.2步進(jìn)電機(jī)的主要特性1.步距角當(dāng)我們查閱一些相關(guān)資料后可以發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)角指的是電機(jī)轉(zhuǎn)子在電脈沖信號(hào)的作用下電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。步進(jìn)角大小其實(shí)最終是由電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)和決定的。在日常的應(yīng)用中我們最常用的一種步進(jìn)電機(jī)是混合式步進(jìn)電機(jī)，混合式步進(jìn)電機(jī)是一種擁有相步，并且它的步距角為的步進(jìn)電機(jī)，如果我們要選擇步進(jìn)電機(jī)，那么步距角的大小是由對(duì)負(fù)載精度的要求直接決定的。當(dāng)我們把一個(gè)負(fù)載的最小解析度放到電機(jī)的軸上面時(shí)，我們只要經(jīng)過(guò)一系列的測(cè)量就可以知道，其實(shí)每個(gè)當(dāng)量電機(jī)運(yùn)

36、行的角度必定是大于或者等于步進(jìn)電機(jī)的步距角。2.矩角特性我們把不改變各相繞組的通電的現(xiàn)象稱為矩角特性，換一句話就是說(shuō)當(dāng)一相或幾相繞組同時(shí)被通入直流電流時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間所產(chǎn)生的一系列關(guān)系。3.回應(yīng)頻率在研究實(shí)踐中我們可以知道，在某一個(gè)固定的頻率范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)是可以根據(jù)自己做的節(jié)奏任意的運(yùn)動(dòng)卻又可以做到?jīng)]有失誤，由此我們就可以將這個(gè)我們認(rèn)為的最大臨界頻率稱為步進(jìn)電機(jī)的回應(yīng)頻率。在通常情況下，我們都會(huì)把啟動(dòng)頻率f來(lái)當(dāng)做一個(gè)度量它的模板。也可以用來(lái)展現(xiàn)我們已經(jīng)知道一個(gè)明確的負(fù)載情況下，開(kāi)始直接的啟動(dòng)時(shí)，并且能夠做到讓電機(jī)完全沒(méi)有失誤情況發(fā)生的極限頻率。4.啟動(dòng)矩頻特性當(dāng)我們已經(jīng)知道設(shè)定的驅(qū)動(dòng)

37、條件的情況下，要是負(fù)載的慣量永遠(yuǎn)維持在一個(gè)值時(shí)，那么在這樣一種情況下我們就能夠把負(fù)載轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)頻率之間的關(guān)系稱為牽入特性。3.5.3步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)選擇我們?cè)诖致怨浪愕囊恍?shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，在步進(jìn)電機(jī)1所要用到的最大靜力矩應(yīng)該要小于，因此，這里我們確定為混合式步進(jìn)電機(jī)。型號(hào) 電壓 （V） 電流 （A） 電阻（） 最大靜力矩（N.cm）機(jī)身長(zhǎng)（mm） 輸出軸直徑（mm）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（g.cm2）重量（kg）接線圖57BYGH1001531.4200100101.56504.6表3-12 57BYGH1001混合式步進(jìn)電機(jī)圖3.10步進(jìn)電機(jī)示意圖3.6 底座的設(shè)計(jì) 底座材料選用45鋼，底座必須要有

38、足夠的支撐強(qiáng)度，同時(shí)也要滿足盡可能節(jié)省材料，所以，選擇用焊接法組合底座，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3.113.7 本章小結(jié) 4 結(jié)論4.1總結(jié)本文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是控制太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換的自動(dòng)跟蹤裝置，太陽(yáng)能電池板準(zhǔn)確追蹤太陽(yáng)光線這件事得以圓滿完成，主要內(nèi)容有：(1)上面我們分析了一系列有關(guān)于能源的方方面面的問(wèn)題，并且通過(guò)此次分析認(rèn)識(shí)到開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能是一項(xiàng)極為嚴(yán)峻的任務(wù)，以上還仔仔細(xì)細(xì)的解說(shuō)了一些國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能的使用概況；(2)當(dāng)我們認(rèn)認(rèn)真真的觀察分析一樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律后，我們就可以知道太陽(yáng)的位置，比較裝置所需要的性能指標(biāo)，最終對(duì)其運(yùn)行軌跡進(jìn)行追蹤的方式是雙軸跟蹤的太陽(yáng)能跟蹤方式；(3)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型，關(guān)于

39、兩種齒輪嚙合的一些計(jì)算，各種方面強(qiáng)度的校核，軸的選擇計(jì)算等，以及步進(jìn)電機(jī)的選擇與確定都包含咋愛(ài)追蹤系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中；(4)追蹤裝置的整個(gè)模型有一個(gè)比較完整的輪廓，并關(guān)于這個(gè)追蹤裝置模型的裝配圖及零件圖都要繪制完成。4.2展望然而因?yàn)樵谶@個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)上有較高的要求，而且研究課題的時(shí)間不是那么充足，并且本人能力上的不足之處，所以在這個(gè)方面還存在著很多的缺陷：(1)更加完善功能方面：設(shè)計(jì)報(bào)警裝置在本系統(tǒng)中沒(méi)有，如果系統(tǒng)發(fā)生了故障，就不能很快速的做出報(bào)警動(dòng)作，這樣也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的追蹤質(zhì)量產(chǎn)生影響。(2)在陰天的時(shí)候是不能準(zhǔn)確追蹤的。(3)因?yàn)闀r(shí)時(shí)的追隨方式并沒(méi)有運(yùn)用到太陽(yáng)高度角和方位角的跟蹤上，所

40、以在每一次記錄中都會(huì)有一個(gè)時(shí)間段，以至于在某種程度上來(lái)說(shuō)太陽(yáng)能的利用率是相對(duì)會(huì)有所減少的。太陽(yáng)能自動(dòng)追蹤系統(tǒng)已經(jīng)因?yàn)榻鉀Q能源危機(jī)這個(gè)重大事項(xiàng)而成為世界范圍內(nèi)的研究重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)研究之后，本人在一定程度上對(duì)其有了充分的了解，并且相信到很多年很多年以后太陽(yáng)能將會(huì)被人類廣泛地運(yùn)用。因此太陽(yáng)能自動(dòng)追蹤系統(tǒng)這項(xiàng)研究對(duì)我們?nèi)祟惿鐣?huì)來(lái)說(shuō)是非常重要的。希望能研究出更好性能、更高精度、更低成本的太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)。致謝參考文獻(xiàn)1 舒志兵，湯世松，趙李霞.高精度雙軸伺服太陽(yáng)能追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用C.人工智能學(xué)會(huì)智能檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)控制會(huì)議，2010.2 胡曉花，袁家普，孫如軍.平板太陽(yáng)能技術(shù)及應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，20

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