【正文】 .................................................... 36 參考文獻 ...................................................... 37 煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 能源現(xiàn)狀及發(fā)展 能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ) [1]。據(jù)統(tǒng)計， 20世紀(jì) 90 年代，全球煤炭和石油的發(fā)電量每年增長 l%，而太陽能發(fā)電每年增長達 20%，風(fēng)力發(fā)電的年增長率更是高達 26%。我國地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣大。尤其是青藏高原地區(qū)最大，那里平均海拔高度在 4000m 以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低， 日照時間長。其它地區(qū)的太陽年輻射總量居中。第二，地球上無論何處都有太陽能，可以就地開發(fā)利用，不存煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 在運輸問題，尤其對交通不發(fā)達的農(nóng)村、海島和邊遠地區(qū)更具有利用的價值。第二，大氣影響較大，給使用帶來不少困難。 太陽能利用的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 日本是世界上太陽能開發(fā)利用第一大國，也是太陽能應(yīng)用技術(shù)強國 [4]。太陽光能發(fā)電，是利用半導(dǎo)體硅等將光轉(zhuǎn)化為電能 。根據(jù)德國聯(lián)邦太陽能經(jīng)濟協(xié)會的數(shù)字，在過去的幾年中，德國太 陽能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了 5 倍，增速比其他國家平均水平高出一倍。已用 4%的德國家庭利用了清潔環(huán)保、用之不竭的太陽能，估計每年可節(jié)約 億升取暖用油。目前，美國正在新建幾座新的太陽能電煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 站。印度也于 1997 年 12 月宣布，將在 2020 年前推廣 150 萬套太陽能屋頂系統(tǒng)。全國從事太陽能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達 1000 余家，年產(chǎn)值 20 億元。這也是世界海拔最高、中國裝機容量最大的太陽能電站。 2020 年 2 月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機完成跟蹤，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。論文的主要工作包括 : (l)分析太陽運行規(guī)律及所處地理位置，大致確定設(shè)計極限； (2)機械部分也是實現(xiàn)跟蹤目的的關(guān)鍵，主要是機械零件的設(shè)計和計算，裝配圖及其零件圖； (3)分析傳感器工作原理及設(shè)計光電轉(zhuǎn)換電路； (4)選取控制芯片 C51，分析系統(tǒng)的硬件需求，設(shè)計控制系統(tǒng)； (5)設(shè)計控制方案，步進電動機以及驅(qū)動電路。冬至?xí)r這個角為 23 度 27 分，然后逐漸增大，到春分時變?yōu)?0 并繼續(xù)增大，夏至?xí)r赤緯角最大 23 度 27 分，并開始減小；到秋分時赤緯角又變?yōu)?0，并繼續(xù)減小，直到冬至，另一個變化周期開始。該機械裝置主要采用機械傳動原理實現(xiàn)，用一對直齒輪傳動機構(gòu)來實現(xiàn)方位角的旋轉(zhuǎn)。選定其中一個構(gòu)件作為機架之後，直接與機架鏈接的構(gòu)件稱為連架桿，不直接與機架連接的構(gòu)件稱為連桿，能夠做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動的構(gòu)件稱為搖桿。雙曲柄機構(gòu)，具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)，其特點是當(dāng)主動曲柄連續(xù)等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄一般做不等速轉(zhuǎn)動。 (2) 平面四桿機構(gòu)的演化 鉸鏈四桿機構(gòu)可以通過以下方法演化成衍生平面四桿機構(gòu)。變換構(gòu)件的形態(tài)，擴大轉(zhuǎn)動副的尺寸，演化成偏心輪機構(gòu)。 (1) 視日運動軌跡跟蹤 不論是采用極軸坐標(biāo)系統(tǒng)還是地平坐標(biāo)系統(tǒng)，太陽運行的位置變化都是可以預(yù)測的， 通過數(shù)學(xué)上對太陽軌跡的預(yù)測可完成對日跟蹤。在 應(yīng)用中，全球定位系統(tǒng) (GPS)可為系統(tǒng)提供精度很高的地理經(jīng)緯度和當(dāng)?shù)貢r間，控制系統(tǒng)則根據(jù)提供的地理、時間參數(shù)來確定即時的太陽位置，以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位和跟蹤的高準(zhǔn)確性和高可靠性。參考目前世界通用的算法，涉及到赤緯角和時角的大致有二種算法：算法 l，采用中國國家氣象局氣象輻 射觀測方法；算法 2，采用世界氣象組織氣象和觀測方法。初始化安裝時，儀器的中心南北線與觀測點的地理南北線要求重合?？刂平M件主要接受從位置檢測器來的微弱信號，經(jīng)放大后送到跟蹤頭，跟蹤頭實為跟蹤裝置的執(zhí)行元件。特別是多云天氣會試圖跟蹤云層邊緣的亮點，電機往復(fù)運行，造成了能源的浪 費和部件的額外磨損。這樣能在任何氣候條件下使聚光器得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制。利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將四個完全相同的光敏電阻 4 分別放置于一塊電池板的四個邊界處，每兩個相對，如圖 所示。齒輪連接著主軸上，主軸安裝在底座上 (主軸相對于底座可以轉(zhuǎn)動 )，步進電機 2 安裝在主軸上端的一塊托盤上，步進電機 2 的輸出軸通過聯(lián)軸器直煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 接與滾珠絲杠副相連接， 滾珠絲杠副兩端由軸承支承。 圖 總體結(jié)構(gòu)圖 煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 第 3 章 機械部分的設(shè)計 齒輪的選擇 材料選擇 選用直齒圓柱齒輪傳動 [11]。 d1： d1=179。}/(?d mm=99480N/178。 179。 7) 取接觸疲勞壽命系數(shù) Khn1=?！?{KtT1 u 3) 計算齒寬 b。 根據(jù) v=， 7 級精度，可得動載系數(shù) Kt=； 直齒輪， Khα=Kfα=1； 使用系數(shù) Ka=1； Khβ=。=179。= 7)計算模數(shù) m m=d1/z1= m： m=179。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 得： [σf]1=(Kfn1σfe1)/S=500/= [σf]2=(Kfn2σfe2)/S=380/= 4) 計算載荷系數(shù) K。 Ysa1=； 。 這樣設(shè)計的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。如圖 所示，它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽，用鑲塊的外輪廓定位。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動 ,所以能得到較高的運動效率，與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1/3 以下 ,即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1/3，在省電方面很有幫助。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動 ,所以啟動力矩極小 ,不會出現(xiàn)滑動 運動那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實現(xiàn)精確的微進給。滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給運動。經(jīng)綜合考慮，本設(shè)置選擇具有單圓弧形螺紋軌道的單螺母滾珠絲杠副。應(yīng)根據(jù)軸向載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。所以，根據(jù) GB/T — 1998 標(biāo)準(zhǔn)及滾珠絲杠承載能力的要求和傳動精度的考慮，最終選擇： d。 (1) 雙推 — 雙推式 圖 雙推 — 雙推式 特點：適合于高剛度，高速度，高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)。 (4) 単推 — 単推式 圖 単推 — 単推式 特點：軸向剛度較高，預(yù)緊力大，壽命低，結(jié)構(gòu)簡單。非晶硅電池 板： 薄膜太陽能電池 、 有機太陽能電池 。各部分的作用為：（一） 太陽能電池板 ： 太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 系統(tǒng)中價值最高的部分。在溫差較大的地方，合格的控制器還應(yīng)具備溫度補償?shù)墓δ?。（四?逆變器： 在很多場合，都需要提供 AC220V、 AC110V 的交流電源。 太陽能電池板材料： 當(dāng)前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場占有率在 90％以上 ,而且在今后相當(dāng) 長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。其中，用于 電子級多晶硅 占 55％左右，太陽能級多晶硅占 45％，隨著 光 伏 產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能電池對多晶硅需求量的增長速度高于半導(dǎo)體多晶硅的發(fā)展，預(yù)計到 2020年 太陽能多晶硅 的需求量將超過電子級多晶硅。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。因此，目前只能小規(guī)模地應(yīng)用于特殊的場合，而大規(guī)模利用在經(jīng)濟上很不合算，還不能與普通的火電站或核電站相競爭。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 活性三大優(yōu)點 .太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以 大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。 軸的校核 可知材料的強度極限 [15]； σb =598MPa，屈服極限： σs = 353MPa。=178。 (1) 求比值 Fa/Fr=5500/1500=e (2)初步計算當(dāng)量動載荷 P， P=fp( XFr+YFa) 因為輕微沖擊，所以載荷系數(shù) fp=～ ，取 fp=。驗算如下： 1) 求 相 對 軸 向 載 荷 對 應(yīng) 的 e 值與 Y 值 。 P=( 1500＋ 5500)= 4) 驗算 6406 軸承的壽命： Lh=10178。/ 60nP179。 47500179。 (1) 求比值 Fa/Fr=2700/5500=e (2)初步計算當(dāng)量動載荷 P， P=fp( XFr+YFa) 因為輕微沖擊，所以載荷系數(shù) fp=～ ，取 fp=。驗算如下： 1) 求 相 對 軸 向 載 荷 對 應(yīng) 的 e 值與 Y 值 。 P=( 5500＋ 2700)= 4) 驗算 6405 軸承的壽命： Lh=10178。/ 60nP179。 38200179。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。主要用于兩軸要求嚴(yán)格對中并在工作中不發(fā)生相對位移的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉(zhuǎn)速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器有些已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸 器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。常用聯(lián)軸器有 膜片聯(lián)軸器 ，齒式聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，鼓形齒式聯(lián)軸器， 萬向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。 (2) 滑塊聯(lián)軸器 半聯(lián)軸器 3上的凹槽與中間滑塊的凸榫→移動副→可補償兩軸偏移特點、應(yīng)用： 無緩沖，移動副應(yīng)加潤滑→用于低速傳動。當(dāng)實際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截斷運動和動力的傳遞，從而保護機器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護作用。 (6) 撓性聯(lián)軸器 具有一定的補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器：除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫 場合。太陽能煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 電池板有兩個自由度。利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處，另將兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板南北方向邊沿處。 光敏電阻傳感器 傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。 (2) 光敏電阻 光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。 光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。 可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。 暗電流、暗電阻。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。光照特性。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的