太陽(yáng)能跟蹤裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-雙軸高度角-方位角式【8張CAD高清圖紙和文檔】【YC系列】
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本課題要求設(shè)計(jì)雙軸高度角方位角式太陽(yáng)跟蹤裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu),即方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。根據(jù)課題所給的技術(shù)參數(shù)提出太陽(yáng)能跟蹤裝置結(jié)構(gòu)方案,并對(duì)方案進(jìn)行分析。其結(jié)構(gòu)主要部件有:方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu);輔助部件有:太陽(yáng)能光伏板板托,連接機(jī)架。太陽(yáng)能跟蹤裝置要能夠使所有部件協(xié)調(diào)、流暢、準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)起來(lái),在豎直方向上方位角實(shí)現(xiàn)0360旋轉(zhuǎn);水平方向上俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)090的旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏板對(duì)太陽(yáng)光線的追蹤,解決太陽(yáng)能的收集效率低的問(wèn)題。具體研究?jī)?nèi)容如下:1) 完成能改變高度角即俯仰角、回轉(zhuǎn)方位角的運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。 2)完成改變高度角即俯仰角的機(jī)械結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)方位角的機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),繪制裝配圖。 3)繪制改變高度角即俯仰角的機(jī)械結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)方位角的機(jī)械結(jié)構(gòu)等的零件圖。 4)根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,實(shí)現(xiàn)水平方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和豎直方向的俯仰運(yùn)動(dòng)。XXXXX畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文) 太陽(yáng)能跟蹤裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系 名: 專業(yè)班級(jí): 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師姓名: 指導(dǎo)教師職稱: 年 月目 錄摘 要IIAbstractIII第一章 緒論11.1研究背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀2第二章 總體方案設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)要求42.2方案設(shè)計(jì)42.2.1方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)方案42.2.2俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)方案42.2.3總體方案確定52.3結(jié)構(gòu)原理分析6第三章 方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73.1總體參數(shù)選擇73.2步進(jìn)電機(jī)的選擇73.2.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量73.2.2電機(jī)扭矩計(jì)算73.3齒輪齒圈傳動(dòng)設(shè)計(jì)83.3.1選精度等級(jí)、材料和齒數(shù)83.3.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)93.3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)113.3.4幾何尺寸計(jì)算123.4回轉(zhuǎn)支承設(shè)計(jì)13第四章 俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)144.1總體參數(shù)選擇144.2步進(jìn)電機(jī)選擇144.2.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量144.2.2電機(jī)扭矩計(jì)算144.3同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)154.3.1同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算154.3.2同步帶選定184.3.3同步帶輪的設(shè)計(jì)194.4齒輪齒條設(shè)計(jì)204.4.1齒輪齒條的材料選擇204.4.2齒輪齒條的設(shè)計(jì)與校核214.5軸及鍵的設(shè)計(jì)254.5.1尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算254.5.2強(qiáng)度校核計(jì)算264.5.3鍵的校核284.6滑桿與搖塊的設(shè)計(jì)28總 結(jié)29參考文獻(xiàn)30致 謝31摘 要本課題要求設(shè)計(jì)雙軸高度角方位角式太陽(yáng)跟蹤裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu),即方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能跟蹤裝置主要部件有:方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu);輔助部件有:太陽(yáng)能光伏板板托,連接機(jī)架。本文首先根據(jù)課題所給的技術(shù)參數(shù)提出太陽(yáng)能跟蹤裝置結(jié)構(gòu)方案,并對(duì)方案進(jìn)行分析。接著,對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算選擇;然后,對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核;最后,通過(guò)AutoCAD制圖軟件繪制了太陽(yáng)能跟蹤裝置裝配圖及主要零部件圖。通過(guò)本次設(shè)計(jì),鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí),如:機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等;掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件,對(duì)今后的工作于生活具有極大意義。關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能,跟蹤裝置,方位角回轉(zhuǎn),俯仰角調(diào)節(jié) AbstractThis paper designed biaxial elevation - azimuth solar tracking device mechanical structure, that structure azimuth rotation, pitch angle adjustment structure. The main components of solar tracking device of this design are: azimuth rotation structure, the pitch angle adjustment structure; auxiliary components are: solar photovoltaic plate board tray, connected to the rack.This paper proposed a solar tracking device structure of the program according to the technical parameters of the given topic, and program analysis. Next, the main technical parameters were calculated choice; then, for the main components were designed and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw a solar tracking device assembly drawings and the main parts diagram.Through this design, the consolidation of the university is expertise, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing, etc; mastered the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work of great significance in life.Keywords: Solar,Tracking device, Azimuth rotation, Pitch angle adjustment32第一章 緒論1.1研究背景及意義隨著煤炭、石油等不可再生的礦物質(zhì)能源的日益枯竭以及因其使用帶來(lái)的巨大的環(huán)境壓力越來(lái)越嚴(yán)峻,大力開(kāi)拓新能源與可再生能源如核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等的實(shí)際應(yīng)用成為人類解決能源緊張和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要戰(zhàn)略選擇。而能源問(wèn)題將更為突出,主要有以下幾個(gè)方面:能源短缺。世界上大部分國(guó)家能源供應(yīng)不足,不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,全球已探明的石油儲(chǔ)量只能用到2020年,天然氣也只能延續(xù)到2040年左右,即使儲(chǔ)量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。 環(huán)境污染。由于燃燒煤、石油等化石燃料,每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)拋向天空,使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染,直接影響居民的身體健康和生活質(zhì)量;局部地區(qū)形成酸雨,嚴(yán)重污染水土。溫室效應(yīng)化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導(dǎo)致溫室效應(yīng),引起全球氣候變化。這一問(wèn)題已提到全球的議事日程,有關(guān)國(guó)際組織已召開(kāi)多次會(huì)議,限制各國(guó)CO2等溫室氣體的排放量。因此,人類在解決上述能源問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,只能依靠科技進(jìn)步,大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源。而太陽(yáng)能作為新能源的重要組成部分,具有以下幾個(gè)特點(diǎn):惻堵量的“無(wú)限性”。太陽(yáng)每秒鐘放射的能量大約是1. 681023kW,一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤共約1. 8921013千億t,是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的一萬(wàn)倍。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性,太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”,取之不盡,用之不竭。存在的普遍性。相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能對(duì)于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性,可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好前景。使用的清潔性。太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣,其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染。使用的經(jīng)濟(jì)性??梢詮膬蓚€(gè)方面看太陽(yáng)能利用的經(jīng)濟(jì)性。一是太陽(yáng)能取之不盡,用之不竭,而且在接收太陽(yáng)能時(shí)不征收任何“稅”,可以隨地取用;二是在目前的技術(shù)發(fā)展水平下,太陽(yáng)能利用不僅可能而且可行。鑒于此,太陽(yáng)能必將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中擔(dān)綱重任,成為理想的替代能源。我國(guó)的太陽(yáng)能資源比較豐富 ,從其分布來(lái)看 ,西部地區(qū)的太陽(yáng)能年輻射 總量均在 5 400 MJ/ ( m2 . a) 以上 ,西藏地區(qū)更是 達(dá)到了 6 700 MJ/ (m2 . a) ,開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能對(duì)于西部的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵是提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率 ,目前一般情況下仍是采用太陽(yáng)能電池板固定朝南安裝的方式對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行采集 ,也有利用太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律采用定時(shí)的方法對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行跟蹤,但這些方法均沒(méi)有充分利用太陽(yáng)能資源 ,轉(zhuǎn)換效率較低 , 成本高。作者所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤裝置,能使太陽(yáng)能電池板始終保持與太陽(yáng)光垂直 ,保持最大的轉(zhuǎn)換效率 ,具有跟蹤精度高、 少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn) , 具有很好的實(shí)用價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀日本是世界上太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用第一大國(guó),也是太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)強(qiáng)國(guó)4。日本太陽(yáng)熱能的利用,從1979年第二次石油危機(jī)后開(kāi)始,1990年進(jìn)入普及高峰。太陽(yáng)能技術(shù)日益創(chuàng)新,能量轉(zhuǎn)換率不斷提高,成本也是新能源中最低的。日本將太陽(yáng)能的利用分為太陽(yáng)光能和熱能兩種。太陽(yáng)光能發(fā)電,是利用半導(dǎo)體硅等將光轉(zhuǎn)化為電能。從2000年起,日本太陽(yáng)能發(fā)電量一直居世界首位,2003年太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量約為86萬(wàn)千瓦,占世界太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量的49.1%,并計(jì)劃到2010年達(dá)到482萬(wàn)千瓦,增加約6倍。 德國(guó)對(duì)太陽(yáng)能資源的利用可追溯到20世紀(jì)70年代,現(xiàn)在德國(guó)已經(jīng)在太陽(yáng)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、規(guī)劃和安裝等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn),發(fā)明了一系列高效的太陽(yáng)能系統(tǒng)。1990年德國(guó)政府推出了“一千屋頂計(jì)劃” ,至1997年已完成近萬(wàn)套屋頂系統(tǒng),每套容量15千瓦,累計(jì)安裝量已達(dá)3.3萬(wàn)千瓦。根據(jù)德國(guó)聯(lián)邦太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)協(xié)會(huì)的數(shù)字,在過(guò)去的幾年中,德國(guó)太陽(yáng)能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了5倍,增速比其他國(guó)家平均水平高出一倍。另?yè)?jù)德新社報(bào)道5,全球最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠已在德國(guó)南部巴伐利亞州正式投入運(yùn)營(yíng)。這家太陽(yáng)能發(fā)電廠投資7000萬(wàn)歐元,占地77萬(wàn)平方米,發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)12兆瓦,能為3500多個(gè)家庭供電。截至2005年年底,德國(guó)共有670萬(wàn)平方米的屋頂鋪設(shè)了太陽(yáng)能集熱器,每年可生產(chǎn)4700兆瓦的熱量。已用 4%的德國(guó)家庭利用了清潔環(huán)保、用之不竭的太陽(yáng)能,估計(jì)每年可節(jié)約2.7億升取暖用油。目前,美國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電已經(jīng)形成了從多晶硅材料提純、光伏電池生產(chǎn)到發(fā)電系統(tǒng)制造比較完備的生產(chǎn)體系。2005 年,美國(guó)光伏發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到100萬(wàn)千瓦,排在日本和德國(guó)之后,居世界第3位。為了降低太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的生產(chǎn)成本,美國(guó)政府最近制定了陽(yáng)光計(jì)劃,大幅度增加了光伏發(fā)電的財(cái)政投入,加快多晶硅和薄膜半導(dǎo)體材料的研發(fā),提高太陽(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率。目前,美國(guó)正在新建幾座新的太陽(yáng)能電站。預(yù)計(jì)到2015年,美國(guó)光伏發(fā)電成本將從現(xiàn)在的 2140 美分/千瓦時(shí)降到 6 美分/千瓦時(shí),屆時(shí)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力將會(huì)大大增強(qiáng)。太陽(yáng)能在能源發(fā)展中占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì),據(jù)美國(guó)博士對(duì)世界一次能源替代趨勢(shì)的研究結(jié)果表明,到2050年后,核能將占第一位,太陽(yáng)能占第二位,21世紀(jì)末,太陽(yáng)能將取代核能占第一位,很多國(guó)家對(duì)太陽(yáng)能的利用加強(qiáng)了重視。 意大利1998年開(kāi)始實(shí)行“全國(guó)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃” ,將于2002年完成,總投入5500億里拉,總?cè)萘窟_(dá)5萬(wàn)千瓦。印度也于 1997 年 12 月宣布,將在2002年前推廣150萬(wàn)套太陽(yáng)能屋頂系統(tǒng)。法國(guó)已經(jīng)批準(zhǔn)了代號(hào)為“太陽(yáng)神 2006”的太陽(yáng)能利用計(jì)劃,按照該計(jì)劃,每年將投入3000萬(wàn)法郎資金,到2006年,法國(guó)每年安裝太陽(yáng)能熱水器的用戶達(dá)2萬(wàn)家。 我國(guó)由建設(shè)部制定的建筑節(jié)能“九五”計(jì)劃和2010年規(guī)則中已將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)列入成果推廣項(xiàng)目6。目前我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的推廣普及十分迅速,1997年銷售面積近300萬(wàn)平方米,數(shù)量居世界首位。全國(guó)從事太陽(yáng)能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達(dá)1000余家,年產(chǎn)值20億元。根據(jù)我國(guó)19962020年太陽(yáng)能光電PV(光伏發(fā)電)發(fā)展計(jì)劃,在2000年和2020年的太陽(yáng)能光電總?cè)萘繉⒎謩e達(dá)到6.6萬(wàn)千瓦和30萬(wàn)千瓦。 在聯(lián)網(wǎng)陽(yáng)光電站建設(shè)方面,計(jì)劃2020年前建成5座MW級(jí)陽(yáng)光電站。由國(guó)家投資1700萬(wàn)元修建的西藏第三座太陽(yáng)能電站安多光伏電站,總裝機(jī)容量100千瓦,于1998年12月建成發(fā)電。這也是世界海拔最高、中國(guó)裝機(jī)容量最大的太陽(yáng)能電站??傊罅Πl(fā)展太陽(yáng)能利用技術(shù),使節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的重要途徑。在太陽(yáng)能跟蹤方面,我國(guó)在1997年研制了單軸太陽(yáng)跟蹤器7,完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤,而南北方向則通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié),接收器的接收效率提高了。1998年美國(guó)加州成功的研究出ATM 兩軸跟蹤器,并在太陽(yáng)能面板上裝有集中陽(yáng)光的透鏡,這樣可以使小塊的太陽(yáng)能面板硅收集更多的能量,使效率進(jìn)一步提高。2002年2月美國(guó)亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽(yáng)能跟蹤裝置,該裝置利用控制電機(jī)完成跟蹤,采用鋁型材框架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊,重量輕,大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)近年來(lái)有不少專家學(xué)者也相繼開(kāi)展了這方面的研究,1992年推出了太陽(yáng)灶自動(dòng)跟蹤系統(tǒng),1994 年太陽(yáng)能雜志介紹的單軸液壓自動(dòng)跟蹤器完成了單向跟蹤。目前,太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽(yáng)的方法很多,但是不外乎采用如下兩種方式:一種是光電追蹤方式,另一種是根據(jù)視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤;前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng),后者是開(kāi)環(huán)的程控系統(tǒng)。第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求本課題要求設(shè)計(jì)雙軸高度角方位角式太陽(yáng)跟蹤裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu),即方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)主要部件有:方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu);輔助部件有:太陽(yáng)能光伏板板托,連接機(jī)架。太陽(yáng)能跟蹤裝置要能夠使所有部件協(xié)調(diào)、流暢、準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)起來(lái),在豎直方向上方位角實(shí)現(xiàn)0360旋轉(zhuǎn);水平方向上俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)090的旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏板對(duì)太陽(yáng)光線的追蹤,解決太陽(yáng)能的收集效率低的問(wèn)題。2.2方案設(shè)計(jì)2.2.1方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)要求太陽(yáng)能跟蹤裝置在豎直方向上方位角實(shí)現(xiàn)0360旋轉(zhuǎn),為保證傳動(dòng)的穩(wěn)定性和精確性方位角回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng),即有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn),小齒輪與固定與底座的大齒輪嚙合,因此小齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)平臺(tái)繞齒圈一同回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方位角0360旋轉(zhuǎn),而平臺(tái)與底座之間通過(guò)回轉(zhuǎn)支承裝置連接,使得平臺(tái)能夠相對(duì)回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)動(dòng),其結(jié)構(gòu)方案如下圖2-1所示。圖2-1 方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖2.2.2俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)要求太陽(yáng)能跟蹤裝置能在水平方向上實(shí)現(xiàn)俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)090的旋轉(zhuǎn)。由于俯仰角調(diào)節(jié)在090范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn),角度不大。為簡(jiǎn)化采用四桿機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)。四桿機(jī)構(gòu)可以通過(guò)演化成衍生成不同功能的機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能跟蹤裝置的俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念就是來(lái)源于平面四桿機(jī)構(gòu)的演化,即采用曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。由于傳動(dòng)距離較大同時(shí)為保證傳動(dòng)的精確性,曲柄搖塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)同步帶傳動(dòng)提供。其結(jié)構(gòu)方案如下圖2-2所示。圖2-2 俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖2.2.3總體方案確定組合上述兩種結(jié)構(gòu)即得到本次設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能跟蹤裝置總體結(jié)構(gòu)方案,如下圖2-3所示。圖2-3 總體結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖2.3結(jié)構(gòu)原理分析如圖2-3所示,太陽(yáng)能跟蹤裝置主要由步進(jìn)底座、電機(jī)、齒圈、齒輪、同步帶、同步帶輪、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、太陽(yáng)能電池板組成。步進(jìn)電機(jī)1帶動(dòng)齒輪繞齒圈回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)方位角0360旋轉(zhuǎn);步進(jìn)電機(jī)2通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)滑桿型齒條伸縮推動(dòng)太陽(yáng)能電池板擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)俯仰角090的旋轉(zhuǎn)。第三章 方位角回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1總體參數(shù)選擇已知方位角要求實(shí)現(xiàn)0360旋轉(zhuǎn),調(diào)查國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能跟蹤裝置通常太陽(yáng)能跟蹤裝置回轉(zhuǎn)速度為90r/min。3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例,相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無(wú)累計(jì)誤差、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率,再者還要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。3.2.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量上式中:d直徑,齒輪外徑d=34mmL長(zhǎng)度=2mP鋼的密度=7800經(jīng)計(jì)算得b、X向直線運(yùn)動(dòng)件向齒輪折算的慣量上式中:M質(zhì)量 X向直線運(yùn)動(dòng)件M=280kgP齒輪螺距(m)P=0.001m經(jīng)計(jì)算得c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量查表得 因此3.2.2電機(jī)扭矩計(jì)算a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩上式中:J=0.0028kg/m2ta加速時(shí)間 KS系統(tǒng)增量,取15s-1,則ta=0.2s經(jīng)計(jì)算得b、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩上式中:F0導(dǎo)軌摩擦力,F(xiàn)0=Mf,而f=摩擦系數(shù)為0.02,F(xiàn)0=Mgf=32NP齒輪螺距(m)P=0.001m傳動(dòng)效率,=0.90I傳動(dòng)比,I=1經(jīng)計(jì)算得c、折算至電機(jī)軸上的由齒輪預(yù)緊引起的附加摩擦力矩上式中P0滾珠齒輪預(yù)加載荷1500N0滾珠齒輪未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率為0.9經(jīng)計(jì)算的T0=0.05NM則快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的最大扭矩根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,選擇電機(jī)型號(hào)為SIEMENS的IFT5066,其額定轉(zhuǎn)矩為6.7。3.3齒輪齒圈傳動(dòng)設(shè)計(jì)小齒輪轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速,傳動(dòng)比。3.3.1選精度等級(jí)、材料和齒數(shù)采用7級(jí)精度由表6.1選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),硬度為240HBS。選小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)取3.3.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算,即1) 確定公式各計(jì)算數(shù)值(1)試選載荷系數(shù)(2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩(3)小齒輪相對(duì)兩支承非對(duì)稱分布,選取齒寬系數(shù)(4)由表6.3查得材料的彈性影響系數(shù)(5)由圖6.14按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限(6)由式6.11計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(7)由圖6.16查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) (8)計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力取失效概率為1,安全系數(shù)為S=1,由式10-12得(9)計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑,代入中的較小值計(jì)算圓周速度v計(jì)算齒寬b計(jì)算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)齒高計(jì)算載荷系數(shù)K根據(jù),7級(jí)精度,查得動(dòng)載荷系數(shù)假設(shè),由表查得由于載荷中等振動(dòng),由表5.2查得使用系數(shù)由表查得查得故載荷系數(shù)(10)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由式可得(11)計(jì)算模數(shù)3.3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為(1)確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值由圖6.15查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限由圖6.16查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1,安全系數(shù)為S=1.3,得計(jì)算載荷系數(shù)(2)查取齒形系數(shù)由表6.4查得(3)查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表6.4查得(4)計(jì)算大小齒輪的,并比較 大齒輪的數(shù)據(jù)大(5)設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.53mm,并圓整取第一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值m=2.0mm,并按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑算出小齒輪齒數(shù)取大齒輪齒數(shù)3.3.4幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算分度圓直徑(2)計(jì)算中心距 (3)計(jì)算齒寬寬度取綜合整理兩級(jí)齒輪參數(shù)如下表:序號(hào)名稱符號(hào)參數(shù)選擇小齒輪大齒圈1齒數(shù)Z151502模數(shù)m2mm3分度圓直徑4齒頂高5齒根高6全齒高7頂隙8齒頂圓直徑9齒根圓直徑10齒寬11中心距3.4回轉(zhuǎn)支承設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)支承有上部體、下部體、滾珠構(gòu)成,上部體與平臺(tái)通過(guò)螺栓連接,下部體通過(guò)螺栓與底座連接。其結(jié)構(gòu)如下圖3-4所示:圖3-4 回轉(zhuǎn)支承裝置第四章 俯仰角調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1總體參數(shù)選擇已知俯仰角調(diào)節(jié)要求實(shí)現(xiàn)090旋轉(zhuǎn),調(diào)查國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能跟蹤裝置通常太陽(yáng)能跟蹤裝置俯仰角調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為90r/min。4.2步進(jìn)電機(jī)選擇步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例,相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無(wú)累計(jì)誤差、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率,再者還要考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。4.2.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量上式中:d直徑,同步帶輪外徑d=64mmL長(zhǎng)度=2mP鋼的密度=7800經(jīng)計(jì)算得b、X向直線運(yùn)動(dòng)件向齒輪折算的慣量上式中:M質(zhì)量 X向直線運(yùn)動(dòng)件M=280kgP齒輪螺距(m)P=0.001m經(jīng)計(jì)算得c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量查表得 因此4.2.2電機(jī)扭矩計(jì)算a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩上式中:J=0.0028kg/m2ta加速時(shí)間 KS系統(tǒng)增量,取15s-1,則ta=0.2s經(jīng)計(jì)算得b、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩上式中:F0導(dǎo)軌摩擦力,F(xiàn)0=Mf,而f=摩擦系數(shù)為0.02,F(xiàn)0=Mgf=32NP齒輪螺距(m)P=0.001m傳動(dòng)效率,=0.90I傳動(dòng)比,I=1經(jīng)計(jì)算得c、折算至電機(jī)軸上的由齒輪預(yù)緊引起的附加摩擦力矩上式中P0滾珠齒輪預(yù)加載荷1500N0滾珠齒輪未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率為0.9經(jīng)計(jì)算的T0=0.05NM則快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的最大扭矩根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,選擇電機(jī)型號(hào)為SIEMENS的IFT6012,其額定轉(zhuǎn)矩為7.2。4.3同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.3.1同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算(1)電機(jī)額定輸出功率估算=7.16W(2)確定計(jì)算功率電動(dòng)機(jī)每天使用24小時(shí)左右,查表得到工作情況系數(shù)=1.7。則計(jì)算功率為:12.17W(3)小帶輪轉(zhuǎn)速計(jì)算(4)選定同步帶帶型和節(jié)距由同步帶選型圖4.1可以看出,由于在這次設(shè)計(jì)中功率轉(zhuǎn)速都比較小,所以帶的型號(hào)可以任意選取,現(xiàn)在選取H型帶,節(jié)距圖4.1 同步帶選型圖(5)選取主動(dòng)輪齒數(shù) 查表4-2知道小帶輪最小齒數(shù)為14,現(xiàn)在選取小帶輪齒數(shù)為30。(6)小帶輪節(jié)圓直徑確定=表4-2 小帶輪最小齒數(shù)表(7)大帶輪相關(guān)數(shù)據(jù)確定由于系統(tǒng)傳動(dòng)比為,所以大帶輪相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)與小帶輪完全相同。齒數(shù),節(jié)距(8)帶速v的確定(9)初定周間間距根據(jù)公式得現(xiàn)在選取軸間間距為360mm。(10)同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定=() = =1720.67mm(11)帶輪嚙合齒數(shù)計(jì)算有在本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)比為一,所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半,即=20。(12)基本額定功率的計(jì)算查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N,m=0.448kg/m。 所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為=0.21KW(13)計(jì)算作用在軸上力=71.6N=1.34.3.2同步帶選定(1)同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度同步帶工作時(shí),其承載繩中心線長(zhǎng)度應(yīng)保持不變,因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線,并以節(jié)線周長(zhǎng)作為帶的公稱長(zhǎng)皮,稱為節(jié)線長(zhǎng)度。在同步帶傳動(dòng)中,帶節(jié)線長(zhǎng)度是一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)的中心距已定時(shí),帶的節(jié)線長(zhǎng)度過(guò)大過(guò)小,都會(huì)影響帶齒與輪齒的正常嚙合,因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中,對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線長(zhǎng)度已規(guī)定公差值,要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長(zhǎng)度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)(見(jiàn)表4-4)。(2)帶的節(jié)距Pb如圖4-2所示,同步帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長(zhǎng)度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小,節(jié)距越大,帶的各部分尺寸越大,承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來(lái)區(qū)分同步帶的型號(hào)。在制造時(shí),帶節(jié)距通過(guò)鑄造模具來(lái)加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見(jiàn)表4-5。(3)帶的齒根寬度一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)之間的距離稱為帶的齒根寬度,以s表示。帶的齒根寬度大,則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng),相應(yīng)就能傳送較大的裁荷。圖4-2 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸表4-5 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸(4)帶的齒根圓角帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大,可減少齒的應(yīng)力集中,帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過(guò)大,過(guò)大則使帶齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小,所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。(5)帶齒齒頂圓角半徑八帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會(huì)否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動(dòng)中,帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí),帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會(huì)超于重疊,而產(chǎn)生干涉,從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合,減少帶齒頂部的磨損,宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣,齒頂圓角半徑也不宜過(guò)大,否則亦會(huì)減少帶齒與輪齒問(wèn)的有效接觸面積。(6)齒形角梯形帶齒齒形角日的大小對(duì)帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過(guò)小,帶齒縱向截面形狀近似矩形,則在傳動(dòng)時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi),易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過(guò)大,又會(huì)使帶齒易從輪齒槽中滑出,產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。在這里,我們選用梯形帶。帶的尺寸如表4-6。帶的圖形如圖4-3。表4-6 同步帶尺寸型號(hào)節(jié)距齒形角齒根厚齒高齒根圓角半徑齒頂圓半徑H12.740。6.124.31.021.02圖4-3 同步帶4.3.3同步帶輪的設(shè)計(jì)(1)同步帶輪的設(shè)計(jì)的基本要求a、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動(dòng),因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉,并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。b、輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形,能獲得大的接觸面積,提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時(shí),應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)變形小,磨擦損耗小,并保證與帶齒均勻接觸,有較大的接觸面積,使帶齒能承受更大的載荷。c、有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員,從而可提高生產(chǎn)率,降低制造成本。d、具有合理的齒形角齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù),大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出,但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象;而齒形角過(guò)小,則會(huì)造成帶齒與輪齒的嚙合干涉,因此輪齒必須選用合理的齒形角。 同步帶輪用梯形齒,其圖形如圖4-4。 圖4-4 同步帶輪結(jié)構(gòu)4.4齒輪齒條設(shè)計(jì)4.4.1齒輪齒條的材料選擇齒條材料的種類很多,在選擇過(guò)程中應(yīng)考慮的因素也很多,主要以以下幾點(diǎn)作為參考原則:齒輪齒條的材料必須滿足工作條件的要求。應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。正火碳鋼,不論毛坯制作方法如何,只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度沖擊工作下的齒輪,不能承受大的沖擊載荷;調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。飛行器中的齒輪傳動(dòng),要求齒輪尺寸盡可能小,應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼。6)金屬制的軟齒面齒輪,配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為3050HBS或者更多。鋼材的韌性好,耐沖擊,還可通過(guò)熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度,故適用于來(lái)制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大,應(yīng)采用硬齒面(硬度350HBS),故選取合金鋼,以滿足強(qiáng)度要求,進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。4.4.2齒輪齒條的設(shè)計(jì)與校核(1)起升系統(tǒng)的功率設(shè)V為最低起鉆速度(米/秒),F(xiàn)為以V起升時(shí)游動(dòng)系統(tǒng)起重量(理論起重量,公斤)。起升功率 F= 取0.8(米/秒)由于整個(gè)俯仰機(jī)構(gòu)由兩個(gè)齒輪齒條所帶動(dòng),所以每部分的平均功率為轉(zhuǎn)矩公式: N.mm所以轉(zhuǎn)矩 T=式中n為轉(zhuǎn)速(單位r/min)(2)各系數(shù)的選定計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù)K,包括使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù),即 K=1)使用系數(shù)是考慮齒輪嚙合時(shí)外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。該齒輪傳動(dòng)的載荷狀態(tài)為輕微沖擊,工作機(jī)器為重型升降機(jī),原動(dòng)機(jī)為液壓裝置,所以使用系數(shù)取1.35。2)動(dòng)載系數(shù)齒輪傳動(dòng)不可避免地會(huì)有制造及裝配誤差,輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形,對(duì)于直齒輪傳動(dòng),輪齒在嚙合過(guò)程中,不論是有雙對(duì)齒嚙合過(guò)渡到單對(duì)齒嚙合,或是有單對(duì)吃嚙合過(guò)渡到雙對(duì)齒嚙合的期間,由于嚙合齒對(duì)的剛度變化,也要引起動(dòng)載荷。為了計(jì)及動(dòng)載荷的影響,引入了動(dòng)載系數(shù),如圖2-1所示。圖2-1動(dòng)載系數(shù)由于速度v很小,根據(jù)上圖查得,取1.0。3)齒間載荷分配系數(shù)一對(duì)相互嚙合的斜齒(或直齒)圓柱齒輪,有兩對(duì)(或多對(duì))齒同時(shí)工作時(shí),則載荷應(yīng)分配在這兩對(duì)(或多對(duì))齒上。對(duì)于直齒輪及修形齒輪,取。4)齒輪載荷分布系數(shù)當(dāng)軸承相對(duì)于齒輪做不對(duì)稱配置時(shí),受災(zāi)前,軸無(wú)彎曲變形,齒輪嚙合正常,兩個(gè)節(jié)圓柱恰好相切;受載后,軸產(chǎn)生彎曲變形,軸上的齒輪也就隨之偏斜,這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。計(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí),為了計(jì)及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象,通常以系數(shù)來(lái)表征齒面上載荷分布不均勻的程度對(duì)齒輪強(qiáng)度的影響。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4取=1.37。綜上所述,最終確定齒輪系數(shù)K=1.35111.37=1.8(3)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力的選擇1)壓力角的選擇我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為=20。2)齒數(shù)z的選擇為使齒輪免于根切,對(duì)于=20的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪,應(yīng)取z17,這里取z=20。 173)齒寬系數(shù)的選擇由于齒輪做懸臂布置,取=0.64)預(yù)計(jì)工作壽命10年,每年250個(gè)工作日,每個(gè)工作日10個(gè)小時(shí)=1025010=25000h5)齒輪的許用應(yīng)力 按下式計(jì)算式中:S疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。對(duì)于接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí),取S=1;進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí),取S=1.251.5。 考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù),稱為壽命系數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算方法是:設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速(單位為r/min);j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí),同一齒面嚙合次數(shù);為齒輪工作壽命(單位為h),則齒輪工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計(jì)算: N=60njn暫取10,則N=601025000=1.5。查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-18可得=1.3。齒輪疲勞極限。彎曲疲勞極限用代入;接觸疲勞極限用代入,查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21得=980。1500=1.3 S=1 1950 850 S=1.4 607.1 (雙向工作乘以0.7)424.97當(dāng)齒數(shù)z=20 17 時(shí),齒形系數(shù)=2.8 2.97 應(yīng)力校正系數(shù)=1.55 1.52基本參數(shù)選擇完畢(4)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算公式: Km開(kāi)式齒輪磨損系數(shù),Km=1.25(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(3卷)14-134)轉(zhuǎn)矩 N.mm (1式) 所以 v=0.8 n=899.2/m (2式)將1式、2式及各參數(shù)代入計(jì)算公式得:解得:;20取m=2 那么n=17.5,取n=18N.m齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式:式中的單位為Mpa,d的單位為mm,其余各符號(hào)的意義和單位同前。由于本傳動(dòng)為齒輪齒條傳動(dòng),傳動(dòng)比近似無(wú)窮大,所以=1 為彈性影響系數(shù),單位,其數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)表,取=189.8,如表2-1所示: 表2-1 材料特性系數(shù)計(jì)算,試求齒輪分度圓直徑:=456.75mm通過(guò)模數(shù)計(jì)算得:m=2,z=18 所以分度圓直徑d=218=36mm所以取兩者偏大值d=36mm計(jì)算齒寬 b=0.636=21.6mm齒高 h=2.25m=2.252=4.5mm最終確定齒輪數(shù)據(jù):模數(shù)m=2 齒數(shù)z=18分度圓直徑d=36mm 齒高h(yuǎn)=4.5mm齒寬b=25mm 轉(zhuǎn)速n=90r/min4.5軸及鍵的設(shè)計(jì)4.5.1尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1)軸上的功率P1,轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1,2)初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表11.3,取,于是得:該處開(kāi)有鍵槽故軸徑加大510,且高速軸的最小直徑顯然是安裝齒輪處的直徑。取;。3)根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度(a)為了滿足大帶輪的軸向定位的要求2軸段左端需制出軸肩,軸肩高度軸肩高度,取故取2段的直徑,長(zhǎng)度。(b)初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用,故選用深溝球軸承。根據(jù),查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取0基本游隙組,標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球軸承6203,故,軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位,軸肩高度軸肩高度,取,因此,取。(c)齒輪處由于齒輪分度圓直徑,故采用齒輪軸形式,齒輪寬度B=20mm。另考慮到齒輪端面與箱體間距10mm以及兩級(jí)齒輪間位置配比,取,。4)軸上零件的周向定位查機(jī)械設(shè)計(jì)表,聯(lián)接齒輪的平鍵截面。4.5.2強(qiáng)度校核計(jì)算1)求作用在軸上的力已知高速級(jí)齒輪的分度圓直徑為,根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)(軸的設(shè)計(jì)計(jì)算部分未作說(shuō)明皆查此書)式(10-14),則2)求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí),從手冊(cè)中查取a值。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。載荷水平面H垂直面V支反力F,C截面彎矩M總彎矩扭矩3)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù),以及軸單向旋轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,取,軸的計(jì)算應(yīng)力已選定軸的材料為45Cr,調(diào)質(zhì)處理。由表15-1查得。因此,故安全。4)鍵的選擇采用圓頭普通平鍵A型(GB/T 10961979)連接,聯(lián)接齒輪的平鍵截面,。齒輪與軸的配合為,滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是過(guò)渡配合保證的,此外選軸的直徑尺寸公差為。4.5.3鍵的校核(1)選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸齒輪處選用單圓頭平鍵,尺寸為(2)校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度鍵、軸材料都是鋼,由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為鍵的工作長(zhǎng)度,合適4.6滑桿與搖塊的設(shè)計(jì)滑桿一側(cè)與搖塊半圓弧配合,一側(cè)加工有齒條與齒輪嚙合提供滑桿滑動(dòng)的動(dòng)力,滑桿和搖塊的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖示:圖4-6 滑桿及搖塊結(jié)構(gòu)尺寸總 結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),通過(guò)這次對(duì)太陽(yáng)能跟蹤裝置理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)的相結(jié)合,鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí),解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力,同時(shí)也提高了我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識(shí)水平,而且通過(guò)對(duì)整體的掌控,對(duì)局部的取舍,以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理,都使我的能力得到了鍛煉,經(jīng)驗(yàn)得到了豐富,并且意志品質(zhì)力,抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在,提高是有限的但卻是全面的,正是這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我積累了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn),使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝起來(lái),也必然讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力,更強(qiáng)的溝通力和理解力。順利如期的完成本此畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心,讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心,但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺,留下了些許遺憾,不過(guò)不足與遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行,今后我更會(huì)關(guān)注新科技新設(shè)備新工藝的出現(xiàn),并爭(zhēng)取盡快的掌握這些先進(jìn)知識(shí),更好的為祖國(guó)的四化服務(wù)。參考文獻(xiàn)1 徐灝,新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) . 冶金工業(yè)出版社2 呂慧瑛,機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) . 冶金工業(yè)出版社3 濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版).高等教育出版社,2001.64 王昆,何小柏,汪信遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè).高等教育出版社,1995.125 冷興聚,王春華,王琦 主編 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M沈陽(yáng) 東北大學(xué)出版社20026徐文燦,袁俊等太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的探索與實(shí)驗(yàn)J物理實(shí)驗(yàn),2003,23(9):45-48.7張順心,宋開(kāi)峰,范順成等基于并聯(lián)球面機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)跟蹤裝置研究J河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003,32(6):44-478胡勛良,強(qiáng)建科,余招陽(yáng)等太陽(yáng)光跟蹤器及其在采光中的應(yīng)用J電子技術(shù)(上海),2003,30(12):8-10.9余海太陽(yáng)能利用綜述及提高其利用率的途徑J能源研究與利用,2004,(03):2-7.10 張艷紅,張崇巍,呂紹勤,張興等新型太陽(yáng)能控制器的研制J節(jié)能,2006,(02):09-15.11李建庚,呂文華, 曉雷等一種智能型全自動(dòng)太陽(yáng)跟蹤裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)J太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2003,24(03):330-333致 謝大學(xué)生活即將結(jié)束,在這短短的四年里,讓我結(jié)識(shí)了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo),在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠(chéng)摯的感謝。首先,向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示最誠(chéng)摯的謝意。在自己緊張的工作中,仍然盡量抽出時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo),時(shí)刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r,督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計(jì)的全過(guò)程,從借閱參考資料到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作,他都給予了指導(dǎo),不僅使我學(xué)會(huì)書本中的知識(shí),更學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計(jì)重點(diǎn),如何合理安排時(shí)間和論文的編寫,同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,她和我們?cè)谝黄鸸餐鉀Q了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。其次,要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的老師們,以及同學(xué)們以誠(chéng)摯的謝意,在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,他們也給我很多幫助和無(wú)私的關(guān)懷,更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料,在此感謝他們,沒(méi)有這些資料就不是一個(gè)完整的論文。另外,也向給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)表示感謝??傊敬蔚脑O(shè)計(jì)是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果,在設(shè)計(jì)的一個(gè)月里,我們合作的非常愉快,教會(huì)了大我許多道理,是我人生的一筆財(cái)富,我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示感謝!
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