【正文】 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來(lái)。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。 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(chēng)布置時(shí) , 。 (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。 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 。跟蹤高度角即南北方向跟蹤。 齒頂高 。 7) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。 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) 。在查閱了步進(jìn)電機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)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。機(jī)械要素是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩 和負(fù)載慣量 。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。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(xiàn)始終垂直于太陽(yáng)能板，保證了太陽(yáng)能的有效利用。冬季最小變化到冬至日的 。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。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。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。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)。 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。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。 Worm Gear。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。 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。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。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。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。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(chēng)為極軸 ； 另一軸與極軸垂直，稱(chēng)為赤緯軸。目前太陽(yáng)跟蹤裝置主要有電子跟蹤類(lèi)、機(jī)械跟蹤類(lèi)、還有 GPS 追蹤類(lèi)。春分過(guò)后，太陽(yáng)的生落點(diǎn)逐日移向北方，白晝時(shí)間增長(zhǎng)，黑夜時(shí)間縮短，正午時(shí)太陽(yáng)的高度逐日增加。 正午時(shí) ， ， ， (23)式可以簡(jiǎn)化為： 楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 12 因?yàn)椋?，所以 ： （ 24） 正午時(shí)，若太陽(yáng)在天頂以南，即 ，取 從而有 : （ 25） 在南北回歸線(xiàn)內(nèi)，有時(shí)正午時(shí)太陽(yáng)正對(duì)天頂，則有 = ，從而 。此結(jié)構(gòu)在東西向和南北向都有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)空間，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗材較少，比較適合小型的太陽(yáng)能跟蹤發(fā)電系統(tǒng)。而且如果停機(jī)后某些相仍 保持通電狀態(tài)，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還具有自鎖能力。 然后要計(jì)算需要的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩。齒輪 13固定在連接軸 14中部，連接軸通過(guò)軸承安裝在減速箱體上，蝸輪 16固定在主軸 4上 ，主軸 的中部通過(guò)軸承安裝一個(gè)減速箱體 ，主軸的下端固定在支座 2上，支柱 6的下端固定在上平臺(tái) 上，支柱 6的上端通過(guò)銷(xiāo)軸 7與電池板支 架連接。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )得 ○ 2 計(jì)算 1) 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 [ ]中較小的值。 (2) 選擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 45 HRC。 楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 26 蝸輪分度圓直徑 蝸輪齒頂高 。 19電機(jī)； 20蝸桿； 21小齒輪； 2 24軸； 23蝸輪； 25大齒輪； 26凸輪。 齒根圓直徑 分度圓導(dǎo)程角 蝸桿軸向齒厚。 ○ 4 選小齒輪 ,大齒輪齒數(shù) 取 。 6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)。通過(guò)兩個(gè)減速裝置對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方向的轉(zhuǎn)換，使該裝置東西向能夠進(jìn)行360176。同時(shí)，我們也意識(shí)到了畢業(yè)計(jì)在學(xué)習(xí)過(guò)程中的重要地位，設(shè)計(jì)可以看作是汲取專(zhuān)業(yè)知識(shí)的主要渠道，它給我們留下了廣闊的思維空間，在設(shè)計(jì)中，學(xué)生有問(wèn)題可發(fā)現(xiàn)，有問(wèn)題可思考，有問(wèn)題可研究，也有教師可咨詢(xún)，既汲取了更完整的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了獨(dú)立操作的能力。 在本文中，首先討論了太陽(yáng)能利用的一些現(xiàn)狀，諸如目前世界上的能源利用楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 46 狀況、太陽(yáng)能的特點(diǎn)以及其與目前主流的常規(guī)能源相比的一些優(yōu)勢(shì)、太陽(yáng)能在國(guó)內(nèi)外的利用情況，并且敘述了目前的幾種太陽(yáng)能采集裝置以及目前幾種比較常用的太陽(yáng)光照跟蹤方法，從而對(duì)太陽(yáng)能利用及其跟蹤方面有了一個(gè)比較清楚的了解。 凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 電池板支架與凸輪之間的運(yùn)動(dòng)選為對(duì)心直動(dòng)滾子推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，并選定該推桿的運(yùn)動(dòng)要求為 :當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò) 90 時(shí)，推桿上升 50mm，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò) 90 時(shí)，推桿停止不動(dòng)；推論再繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò) 60 時(shí)，推桿下降 50mm，凸輪轉(zhuǎn)過(guò)其余角度時(shí)，推桿又停止不動(dòng)。 6) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 壽命系數(shù) [ ]=56 彎曲強(qiáng)度是滿(mǎn)足的。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100制造。 。所以作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ○ 2 確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù) ；由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 24 八版第十一章 )， 選取使用系數(shù) ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷 則 ○ 3 確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 ○ 4 確定接觸系數(shù) 先假定蝸桿分度圓直徑 和傳動(dòng)中心距 a的比值 =,從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十一章 )， 中可查得 。 m= . (3) 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 ○ 1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1) 由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )查得小齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2) 由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )取彎曲疲勞壽命系數(shù) 3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲安全疲勞系數(shù) S=，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )得 4) 計(jì)算載荷系數(shù) K。 ○ 2 工作機(jī)的速度不大，故選用 7級(jí)精度（ GB1009588）。 在設(shè)計(jì)中，考慮到裝置的摩擦很小，采光板的質(zhì)量相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)架很小，且在后面利用求圓柱體的慣量公式近似估算轉(zhuǎn)動(dòng)架的慣量時(shí)已有很大的冗余，因此設(shè)定，采光板的慣量為 0?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)則是綜合了反應(yīng) 式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，即不僅定子和轉(zhuǎn)子上開(kāi)了很多小槽，同時(shí)其磁路內(nèi)含有 永久磁鋼，這使得混合式步進(jìn)電機(jī)不僅可以像反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)那樣小步距的轉(zhuǎn)動(dòng)， 也具有永磁式控制功率小動(dòng)態(tài)性能好的特點(diǎn)。并且 ，太陽(yáng)的角度控制要求精確，要合理的選取渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比 。 一天中可能的日照時(shí)間由下式給出 （ 210） 利用太陽(yáng)高度角和方位角的數(shù)學(xué)模型，就可以在固定緯度，固定時(shí)段計(jì)算出太陽(yáng)在此條件下的方位。冬至日 (12月 2日 )，太陽(yáng)正午高度達(dá)最小值，黑夜最長(zhǎng)，這時(shí)地球北半球天文冬季開(kāi)始。每轉(zhuǎn)一周為一晝夜，一晝夜又分為 24h，所以地球每個(gè)小時(shí)自轉(zhuǎn) 15176。這種跟蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)是跟蹤精度高，而且太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的重量保持在垂直軸所在的平面內(nèi)，支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比。從國(guó)家發(fā)改委制定的中長(zhǎng)期規(guī)劃看， 20xx2020年每年的平均裝機(jī)容量約 60MW。光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)能電池這種半導(dǎo)體器件吸收太陽(yáng)光輻射能，使之轉(zhuǎn)化成電能的直接發(fā)電形式，光伏發(fā)電是當(dāng)今太陽(yáng)能發(fā)電的主流。太陽(yáng)的壽命至少尚有 40億年，相對(duì)于人類(lèi)歷史來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)可源源不斷供給地球能源的時(shí)間可以是無(wú)限的。占人們能源消費(fèi)的大部分的煤炭和石油都是有限的，不可再生的。該系統(tǒng)是以凸輪機(jī)構(gòu)和蝸輪蝸桿為核心，利用太陽(yáng)軌道公式進(jìn)行太陽(yáng)高度角及方位角計(jì)算，并借助兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)工作來(lái)實(shí)現(xiàn) 雙軸跟蹤系統(tǒng)，使太陽(yáng)能電池板始終垂直于太陽(yáng)入射光線(xiàn)，從而提高太陽(yáng)能的吸收效率 。然后 嘗試設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光照射角度的雙軸自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)以提高太陽(yáng)能電池的光 電轉(zhuǎn)化率。現(xiàn)在人們常用的一次能源有煤炭，石油，原子能等。在到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能中，到達(dá)地球陸地表面的輻射能大約為 1013kW，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬(wàn)五千多倍。太陽(yáng)能發(fā)電又分為光伏發(fā)電，光化學(xué)發(fā)電，光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。 20xx年我國(guó)系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量為 70MW，《中華人民共和國(guó)可再生能源法》，承諾 20xx年太陽(yáng)能光伏累計(jì)裝機(jī)容量 450MW。工作時(shí)太陽(yáng)能 設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分根據(jù)太陽(yáng)的視日運(yùn)動(dòng)繞方位楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 8 軸轉(zhuǎn)動(dòng)改變方位角，繞俯仰軸作俯仰運(yùn)動(dòng)改變太陽(yáng)能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分的傾斜角，從而使能量轉(zhuǎn)換部分所在平面的主光軸始終與太陽(yáng)光線(xiàn)平行。 楊李艷：太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 10 2 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的理論基礎(chǔ) 地球圍繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 眾所周知 ，地球每天為圍繞通過(guò)它本身南極和北極的“地軸”自西向東自轉(zhuǎn)一周。 秋分過(guò)后，太陽(yáng)的生落點(diǎn)逐日移向南方，白晝時(shí)間縮短，黑夜時(shí)間增長(zhǎng)，正午時(shí)候太陽(yáng)的高度逐日降低。對(duì)于北半球，當(dāng)，解 析 式 (28)，有 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 (29) 求出時(shí)角 后，日出日沒(méi)時(shí)間用求出。由于研發(fā)要求系統(tǒng)要結(jié)構(gòu)緊湊，電機(jī)選取的為小型步進(jìn)電機(jī)，輸出扭矩達(dá)不到轉(zhuǎn)向要求，因此要選用減速機(jī)構(gòu)來(lái)提升輸出扭矩，在本光伏系統(tǒng)中，選取的是小型渦輪蝸桿 及直齒圓柱齒輪 減速機(jī)構(gòu) 。永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源，它 輸出轉(zhuǎn)距大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角一般很大。 ②慣性體的加速轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算。； 電機(jī)功率，單位 w； T 轉(zhuǎn)矩，單位 N 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 (1) 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) ○ 1 按傳動(dòng)方案，選用直齒 圓柱齒輪。由 ， 查 《機(jī)械設(shè)計(jì)》(第八版第十章 )得 故載荷系數(shù) K= 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )得 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 7) 計(jì)算模數(shù) m。大齒輪上的轉(zhuǎn)矩。 (6) 驗(yàn)算效率 已知 = 。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造。 蝸輪齒根圓直徑 蝸輪咽喉母圓半徑