【正文】 步提 研制了活動(dòng)太陽(yáng)能方位跟蹤裝置，該裝置通過(guò)大直徑回轉(zhuǎn)臺(tái)使太陽(yáng)能接收器可從東到西跟蹤太陽(yáng)，這個(gè)方位跟蹤器具有大直徑的軌跡，通風(fēng)窗體是白晝光照鼓膜結(jié)構(gòu)窗體，窗體上面是圓頂結(jié)構(gòu)，成排的太陽(yáng)能收集器可以從東到西跟蹤太陽(yáng)，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(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的一軸指向天球北極，即與地球自轉(zhuǎn)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(shù)的進(jìn)步，光伏系統(tǒng)的成本會(huì)越來(lái)越低，性能會(huì)越來(lái)越好，應(yīng)用的領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越。因此，到 20xx年世界光伏系統(tǒng)累計(jì)安裝容量將達(dá)到 14～ 15GW。目前以 %的年平均增長(zhǎng)率高速發(fā)展，位于世界能源發(fā)電市場(chǎng)增長(zhǎng)率的首位。我國(guó)的國(guó)土跨度從南至北，自西至東，距離都在 5000km以上，總面積達(dá) 960萬(wàn)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(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能將是人類(lèi)解決常規(guī)能源缺乏、枯竭的最有效途徑。而相對(duì)于日益枯竭的化石能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能似乎是未來(lái)社會(huì)能源的希望所在。煤的儲(chǔ)量約為 5600億噸， 1995年煤炭開(kāi)采量為 3億噸，可以供應(yīng) 169年 ； 鈾的年開(kāi)采量目前為每年 6萬(wàn)噸，根據(jù) 1993年世界能源委員會(huì)的估計(jì)可維持到 21世紀(jì) 30年代中期，核聚變?cè)?2050年前沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的希望。 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。 關(guān)鍵字 ：太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤； 太陽(yáng)照射角 ；凸輪機(jī)構(gòu)；蝸輪蝸桿；步進(jìn)電機(jī) 楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 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(yáng)自動(dòng)跟蹤裝置的利用是提高太陽(yáng)能利用率的一個(gè)重要途徑。為找到一種價(jià)格低廉、跟蹤精度高的太陽(yáng)跟蹤方法，本論文提出了“ 二 維驅(qū)動(dòng)，二維跟蹤”的機(jī)械系統(tǒng)方案 。 Worm Gear。能源問(wèn)題關(guān)系到經(jīng)濟(jì)是否能夠可持續(xù)發(fā)展。太陽(yáng)能、綠色生物能、燃料電池、海洋能等新能源的研究與應(yīng)用為人們描繪出希望。太陽(yáng)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(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，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類(lèi)理想的替代能源。我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富和比較豐富的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)大于 2200h，太陽(yáng)輻射總量高于 50165852MJ/（ m2 a），面積約占全國(guó)總面積的 2/3以上。美國(guó)能源部制定了從 20xx年 1月 1日開(kāi)始的 5年國(guó)家光伏計(jì)劃和 2020～ 2030年的長(zhǎng)期規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)美國(guó)能源、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導(dǎo)地位的戰(zhàn)略目標(biāo)。這些電站都建在光照充足，地理位置偏僻，電網(wǎng)不能到達(dá)的地區(qū)。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(yáng)跟蹤方法又稱為地平坐標(biāo)系雙軸跟蹤，其原理如圖 13所示。捷克科學(xué)院物理研究所則以形狀記憶合金調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過(guò)日照溫度的變化實(shí)現(xiàn)了單軸被動(dòng)式太陽(yáng)跟蹤。該系統(tǒng)相對(duì)于單軸太陽(yáng)跟蹤裝置，精度明顯提高，還可實(shí)現(xiàn)全天候自動(dòng)控制。因此，地球處于運(yùn)行軌道不同位置時(shí)，陽(yáng)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(yáng)又從赤道以北到達(dá)赤道 (太陽(yáng)的赤緯 )，地球北半球的天文秋季開(kāi)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(jù)式 (23)，可得出日出日沒(méi)時(shí)角表達(dá)式 (28) 式中 日出或日沒(méi)時(shí)角，以度表示，正為日沒(méi)時(shí)角 。這樣，跟蹤裝置就可以在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下在整個(gè)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中光線始終垂直于太陽(yáng)能板，保證了太陽(yáng)能的有效利用。驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是步進(jìn)電機(jī)，此種電機(jī)性能可靠，對(duì)于角度量轉(zhuǎn)向控制精確。在數(shù) 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，每輸入一個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè) 角度或前進(jìn)一步。電磁式步進(jìn)電機(jī)一般又分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) (VR)、永磁 式步進(jìn)電機(jī) (PM)和混合式步進(jìn)電機(jī) (HB)三種。機(jī)械要素是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩 和負(fù)載慣量 。 一慣性體的加速轉(zhuǎn)矩， 。在查閱了步進(jìn)電機(jī)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品參數(shù)資料后，并且考慮到首次設(shè)計(jì)的裝置，所選用的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的特性，通常留有 倍的余量。楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 18 但考慮到對(duì)太陽(yáng)能的利用率問(wèn)題，太陽(yáng)從上午 8:00到下午 16:00為日照強(qiáng)度高時(shí)段，所以為充分利用太陽(yáng)能，從早上 6:00到 8:00使步進(jìn)電機(jī)空載，不加任何脈沖頻率；從 8:00到 16:00設(shè)定輸入電機(jī)的脈沖頻率為 100HZ；從 16:00到 18:00電動(dòng)機(jī)繼續(xù)空載。 2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )選取齒寬系數(shù) 。 b==1 4) 計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù) 齒高 h= = 5) 計(jì)算載荷系數(shù)。 7) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。 (3) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)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(qiáng)度 當(dāng)量齒數(shù) = 根據(jù)從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十一章 )，中可查得齒形系數(shù) 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 [ ]= 從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (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(yīng)力 =56MPa。跟蹤高度角即南北方向跟蹤。； 電機(jī)功率，單位 w； T 轉(zhuǎn)矩，單位 N 蝸輪蝸桿的選擇 (1) 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型 根據(jù) GB/T100851998的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ ZI）。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： N=60j 壽命系數(shù)： = 則 [ ]= = 268=386MPa ○ 6 計(jì)算中心距 mm= 取中心距 a=80mm,因 i=20,故從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十一章 )中取 m=,蝸桿分度圓直徑 這時(shí) ,因此上述計(jì)算結(jié)果可用 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 (4) 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ○ 1 蝸桿 軸向齒距 。 蝸輪齒根高。 (7) 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T100891988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為 f，標(biāo)注為 8f GB/T100891988。 3) 由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )查得材料的彈性影響系數(shù)。 根據(jù) v=,7級(jí)精度，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )插圖 查得載荷系數(shù) 直齒輪， 由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )查得使用系數(shù) 由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )使用插值法查得 7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí) , 。 大齒輪的數(shù)值大 ○ 2 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)，由于齒輪模數(shù) m的大小主要決定于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 38 關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) m=2mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ,算得小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù) 。在計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：在推程階段取 ，在遠(yuǎn)休止階段取，在回程階段取 ，在近休止階段。同時(shí)在本章中對(duì)步進(jìn)電機(jī)、減速裝置及凸輪裝置進(jìn)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(jìn)電機(jī)、蝸輪蝸桿減速器、直齒圓柱齒輪減速器兩級(jí)減速和盤(pán)形滾子凸輪蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 機(jī)構(gòu)應(yīng)用于本系統(tǒng)。而太陽(yáng)能資源因?yàn)楸旧淼臒o(wú)污染，以及可再生等優(yōu)點(diǎn)而慢慢的被人們重視起