【正文】 步提 研制了活動太陽能方位跟蹤裝置，該裝置通過大直徑回轉臺使太陽能接收器可從東到西跟蹤太陽，這個方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風窗體是白晝光照鼓膜結構窗體，窗體上面是圓頂結構，成排的太陽能收集器可以從東到西跟蹤太陽，以提高夏季能量的獲 取率。極軸式全跟蹤原理如圖 12所示，太陽能設備的能量轉換部分的一軸指向天球北極，即與地球自轉軸相平行，故稱為極軸 ； 另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。隨著技術的進步，光伏系統(tǒng)的成本會越來越低，性能會越來越好，應用的領域會越來越。因此，到 20xx年世界光伏系統(tǒng)累計安裝容量將達到 14～ 15GW。目前以 %的年平均增長率高速發(fā)展，位于世界能源發(fā)電市場增長率的首位。我國的國土跨度從南至北，自西至東，距離都在 5000km以上，總面積達 960萬平方公里，占世界陸地總面積的 7%，居世界第三位。這就決定了開發(fā)利用太陽能將是人類解決常規(guī)能源缺乏、枯竭的最有效途徑。而相對于日益枯竭的化石能源來說，太陽能似乎是未來社會能源的希望所在。煤的儲量約為 5600億噸， 1995年煤炭開采量為 3億噸，可以供應 169年 ； 鈾的年開采量目前為每年 6萬噸，根據 1993年世界能源委員會的估計可維持到 21世紀 30年代中期，核聚變在 2050年前沒有實現的希望。 環(huán)境污染 由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數十萬噸硫等有害物質拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴重污染，直接影響居民的身體健康和生活質量，局部地區(qū)形成酸雨，嚴重污染水土。 關鍵字 ：太陽自動跟蹤； 太陽照射角 ；凸輪機構；蝸輪蝸桿；步進電機 楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 2 Design of Steering Mechanism for Solar Panel Abstract: The solar energy is one kind of clean sources of energy, primary energy, regenerative energy, has a lot of unique advantages. However, the problem that low utilization efficiency is always affecting and blocking the popularization of heliotechnics. The development of autosolar tracker is a king of important approach which can improve solar energy utilization ratio. The development of exact autosolar tracker can improve the receiving efficiency of sunlight, then can improve the receiving efficiency of sunlight, then can improve solar energy utilization and broaden the field of solar energy utilization. In solar power generation, the angle of the battery plate facing sun and sunlight is a key factor determining the efficiency of solar power generation. To find a suntracking way with little cost and high precision, this thesis proposes a mechanical system, with twodimension driving and twodimension tracking. This paper firstly analyzes the two kinds of solar tracking method, namely single axis tracking and dualaxis tracking. Next , we try to design an automatic tracking system with Biaxial in order to enhance solar light electricity conversion efficiency. The system is based on cam mechanism and worm gear, orbit the sun elevation angle formula using the sun and calculating azimuth and take two step motors work together at the same time driven Dualaxis tracking system, make the solar panels perpendicular to the solar incidence line, to improve the absorption efficiency of solar energy. Because of the time and the current limitations of the knowledge ,the tracking system to track the point of view is rough , there are many errors , if the opportunity arised the design will be improved in the future. .Keywords: Auto solar Track。太陽自動跟蹤裝置的利用是提高太陽能利用率的一個重要途徑。為找到一種價格低廉、跟蹤精度高的太陽跟蹤方法，本論文提出了“ 二 維驅動，二維跟蹤”的機械系統(tǒng)方案 。 Worm Gear。能源問題關系到經濟是否能夠可持續(xù)發(fā)展。太陽能、綠色生物能、燃料電池、海洋能等新能源的研究與應用為人們描繪出希望。太陽放射的總輻射能量大約是 X 1021 kW，極其巨大的。 利用的清潔性 太陽能像風能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開發(fā)利用時幾乎不產生任何污染，加之其儲量的無限性，是人類理想的替代能源。我國太陽能資源豐富和比較豐富的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類地區(qū)，年日照時數大于 2200h，太陽輻射總量高于 50165852MJ/（ m2 a），面積約占全國總面積的 2/3以上。美國能源部制定了從 20xx年 1月 1日開始的 5年國家光伏計劃和 2020～ 2030年的長期規(guī)劃，以實現美國能源、環(huán)境、社會發(fā)展和保持光伏產業(yè)世界領導地位的戰(zhàn)略目標。這些電站都建在光照充足，地理位置偏僻，電網不能到達的地區(qū)。這三種方式都是單軸轉動的南北向或東西向跟蹤，工作原理基本相似。 圖 12 極軸式跟蹤 高度 角 方位角式太陽跟蹤方法又稱為地平坐標系雙軸跟蹤，其原理如圖 13所示。捷克科學院物理研究所則以形狀記憶合金調節(jié)器為基礎，通過日照溫度的變化實現了單軸被動式太陽跟蹤。該系統(tǒng)相對于單軸太陽跟蹤裝置，精度明顯提高，還可實現全天候自動控制。因此，地球處于運行軌道不同位置時，陽光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。 秋分日 (9月 23日 )，太陽又從赤道以北到達赤道 (太陽的赤緯 )，地球北半球的天文秋季開始。冬季最小變化到冬至日的 。若不考慮地表曲率及大氣折射的影響，根據式 (23)，可得出日出日沒時角表達式 (28) 式中 日出或日沒時角，以度表示，正為日沒時角 。這樣，跟蹤裝置就可以在步進電動機的帶動下在整個太陽運動過程中光線始終垂直于太陽能板，保證了太陽能的有效利用。驅動電機選用的是步進電機，此種電機性能可靠，對于角度量轉向控制精確。在數 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 15 字控制系統(tǒng)中，步進電動機作為執(zhí)行元件，每輸入一個脈沖，電動機就轉動一個 角度或前進一步。電磁式步進電機一般又分為反應式步進電機 (VR)、永磁 式步進電機 (PM)和混合式步進電機 (HB)三種。機械要素是指負載轉矩 和負載慣量 。 一慣性體的加速轉矩， 。在查閱了步進電機生產廠家的產品參數資料后，并且考慮到首次設計的裝置，所選用的電機和驅動器的特性，通常留有 倍的余量。楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 18 但考慮到對太陽能的利用率問題，太陽從上午 8:00到下午 16:00為日照強度高時段，所以為充分利用太陽能，從早上 6:00到 8:00使步進電機空載，不加任何脈沖頻率；從 8:00到 16:00設定輸入電機的脈沖頻率為 100HZ；從 16:00到 18:00電動機繼續(xù)空載。 2) 計算小齒輪傳遞的轉矩 3) 由《機械設計》 (第八版第十章 )選取齒寬系數 。 b==1 4) 計算齒寬與齒高之比 模數 齒高 h= = 5) 計算載荷系數。 7) 計算大、小齒輪的 并加以比較。 (3) 按齒面接觸疲勞強度進行設計 根據閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。 齒頂高 。 蝸 輪 齒 根 圓 直 徑 蝸 輪 咽 喉 母 圓 半 徑 (5) 校核齒根彎曲疲勞強度 當量齒數 = 根據從 《機械設計》 (第八版第十一章 )，中可查得齒形系數 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 27 螺旋角系數 許用彎曲應力 [ ]= 從 《機械設計》 (第八版第十一章 )中查得由 ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力 =56MPa。跟蹤高度角即南北方向跟蹤。； 電機功率，單位 w； T 轉矩，單位 N 蝸輪蝸桿的選擇 (1) 選擇蝸桿傳動類型 根據 GB/T100851998的推薦，采用漸開線蝸桿（ ZI）。 應力循環(huán)次數： N=60j 壽命系數： = 則 [ ]= = 268=386MPa ○ 6 計算中心距 mm= 取中心距 a=80mm,因 i=20,故從 《機械設計》 (第八版第十一章 )中取 m=,蝸桿分度圓直徑 這時 ,因此上述計算結果可用 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 31 (4) 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 ○ 1 蝸桿 軸向齒距 。 蝸輪齒根高。 (7) 精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T100891988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8級精度，側隙種類為 f，標注為 8f GB/T100891988。 3) 由 《機械設計》 (第八版第十章 )查得材料的彈性影響系數。 根據 v=,7級精度，由 《機械設計》 (第八版第十章 )插圖 查得載荷系數 直齒輪， 由 《機械設計》 (第八版第十章 )查得使用系數 由 《機械設計》 (第八版第十章 )使用插值法查得 7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時 , 。 大齒輪的數值大 ○ 2 設計計算 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數 m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數 m的大小主要決定于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數與齒數的乘積）有楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 38 關，可取由彎曲強度算得的模數 m=2mm，按接觸強度算得的分度圓直徑 ,算得小齒輪齒數 則大齒輪齒數 。在計算時應注意：在推程階段取 ，在遠休止階段取，在回程階段取 ，在近休止階段。同時在本章中對步進電機、減速裝置及凸輪裝置進行了概述和選型，確定了較適合本系統(tǒng)的兩相混合式步進電機、蝸輪蝸桿減速器、直齒圓柱齒輪減速器兩級減速和盤形滾子凸輪蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 45 機構應用于本系統(tǒng)。而太陽能資源因為本身的無污染，以及可再生等優(yōu)點而慢慢的被人們重視起