【正文】 (5) 校核齒根彎曲疲勞強度 當量齒數(shù) 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 33 = 根據(jù)從 《機械設計》 (第八版第十一章 )中可查得齒形系數(shù) 螺旋角系數(shù) 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。 由 《機械設計》 (第八版第十章 )計算應力循環(huán)次數(shù) 5) 由 《機械設計》 (第八版第十章 )查得， 取接觸疲勞壽命系數(shù)。 (4) 幾何尺寸計算 ○ 1 計算分度圓直徑 ○ 2 計算中心距 ○ 3 計算齒輪寬度 b= 取。 結 論 本設計是 基于 太陽全年方位角和高度角運動規(guī)律 ， 通過優(yōu)化設計分析實現(xiàn)“二維驅動，雙軸跟蹤”轉向機構設計，給出滿足兩個角度同時變化機構運動軌跡的要求， 該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對太陽的雙 向 跟蹤 （東西向、南北向） 。 蚌埠學院 ,生活了四年的大學校園 ,它教會了我許多 ,我也學到了許多。旋轉，南北向也有將近 360176。 由 《機械設計》 (第八版第十章 )查得 。 (2) 按齒面接觸強度計算 由 《機械設計》 (第八版第十章 )設計計算公式 進行計算，即 ○ 1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1) 試選載荷系數(shù) 。 ○ 2 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 39；變位系數(shù) 驗算傳動比 =,這時傳動比誤差為，是允許的。 圖 34 跟蹤系統(tǒng)跟蹤高度角減速箱中設計的主視圖 步進電動機轉速的計算 和前面一樣， 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 50HZ；從 16:00到 18:00電動機繼續(xù)空載。 蝸 輪 齒 根 高。蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造。 楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 20 = 2) 計算圓周速度 v。電機 18通過齒輪 1 13帶動蝸桿 17轉動，并帶動減速箱體、電池板支架轉動，完成東西方向的跟蹤。電動機帶載運行所需要的轉矩為 : 楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 16 式中 ： T 一需要的運行轉矩， kg 。步進電動機的轉速決定于電脈沖 頻率，并與頻率同步，由于具有這些優(yōu)點，步進電動機廣泛應用于數(shù)字控制系統(tǒng) 中。 如圖 31，本機械轉向機構基本組成主要有：底座、下層平臺、上層 平臺、步進 電機、減速裝置、電池板固定框架等。 (2) 太陽方位角 太陽方位角按下式計算 : = (26) 也可用下式計算 : (27) 根據(jù)地里緯度，太陽赤緯以及觀測時間，利用式 (26)或者式 (27)中的任意一個可以求出任何地區(qū)，任何季節(jié)某一時刻的太陽方位角。 夏至日 (6月 2日 )，太陽正午高度達到最大值 ，白晝最長，這時候地球北半球天文夏季開始。機械類跟蹤系統(tǒng)體積龐大而又笨重，運輸、安裝或者維修都比較麻煩，且存在積累誤差，其它兩種屬于精確跟蹤系統(tǒng)，存在的不足之處是成本高，消耗電能，不利于移植在民用的太陽能裝置上。工作時太陽能設備的能量轉換部分所在平面繞極軸運轉，其轉速的設定與地球自轉角速度大小相同方向相反用以跟蹤太陽方位角 :反射鏡圍繞赤緯軸作俯仰轉動是為了適應太陽高度角的變化，通常根據(jù)季節(jié)的變化定期調(diào)整。 太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的重要方式， 隨著國家西部開發(fā)政策的推行及光明工程的實施， 太陽能光伏發(fā)電技術取得了較快發(fā)展。在我國廣闊富饒的土地上，有著十分豐富的太陽能資源。 太陽輻射能與煤炭，石油，核能相比較。 溫室效應 化石能源的利用產(chǎn)生大量的溫室氣體而導致溫室效應，引起全 球氣候變化。研究精確的太陽跟蹤裝置，可使太陽能采光板的熱接受率大大提高，從而可提高太陽能的利用效率，拓寬太陽能的利用領域。 Cam Mechanism。新能源技術及節(jié)能技術在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展。這就為常規(guī)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好前景。歐盟的可再生能源白皮書及相伴隨的 “ 起飛 運動 ” 是驅動歐洲光伏發(fā)展的里程碑，總目標是 20xx年光伏發(fā)電裝機容量達到3GW。 (1) 單軸跟蹤一般采用 ： 傾斜布置東西跟蹤 ； 焦線南北水平布置，東西跟蹤 ；焦線東西水平布置，南北跟蹤。 1994年在德國北部，太陽能廚房投入使用，該廚房也采用了單軸太陽能跟蹤裝置 1321。的夾角，而且地球公轉時其自轉軸的方向始終不變，總是指向天球的北極。夏天最大變化到夏至日的+ 。這兩個步進電動機的作用是驅動跟蹤裝置可以沿方位方向和高度方向轉動，從而帶動驅動裝置沿這兩個方向運動。 圖 31 機械轉向機構整體設計圖 步進電機 步進電動機是一種將電脈沖信號變換成角位移或直線位移的控制電機。 步進電機的選擇 選擇步進電機時首先要知道機械和時間二個方面的要素。 電機 19 輸出軸上的慣量為 : 電機 19 輸出軸的加速轉矩為： 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 17 因此電機 18 和電機 19 帶載運行所需要的轉矩分別為 和。 (2) 按齒面接觸強度計算 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 19 由 《機械 設計 》 (第八版第十章 )計算公式進行計算，即 ○ 1 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1) 試選載荷系數(shù) 。 由 《機械設計》 (第八版第十章 )查得 。 直徑系數(shù) q=10。 楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 28 太陽能自動跟蹤系統(tǒng)高度角部分的設計 下圖為太陽能電池板轉向機構自動跟蹤高度角的減速箱中的設計。 ○ 5 確定許用接觸應力 [ ] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度，可從 《機械設計》 (第八版第十一章 )中查得蝸輪的基本許用應力。代入式中得 ,小 于原估計值， 代入 重算 ，算得中心距小于所取數(shù)值，符合要求 。 楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 36 b==1 4) 計算齒寬與齒高之比 模數(shù) 齒高 h= = 5) 計算載荷系數(shù)。 ○ 1 推程階段 ○ 2 遠休止階段 = ○ 3 回程階段 楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 40 ○ 4 近休止階段 ○ 5 推程段的壓力角和回程段的壓力角 取計算時間間隔為 10 ，將以上各相應值代入（ 41）計算理論輪廓線上各點的坐標值。 目前的資源體系仍舊以不可再生資源為主，但在社會不斷快速發(fā)展的今天，資源的使用越來越多，目前資源體系的各種缺點也越發(fā)的凸顯出來，例如污染的問題以及目前資源的不可再生的問題。今后太陽能的利用范圍必然會越來越廣，而利 用太陽能發(fā)電也必然是太陽能利用的主要方面，轉向機構的設計是太陽能自動跟蹤發(fā)電系統(tǒng)的主要部分之一，由于其結構簡單、價格低廉、較高的穩(wěn)定性并且對太陽能的利用效率高等的特點，也必然會有極大的發(fā)展?jié)摿?。計算結果見表 11. (3) 求工作廓線 由《機械原理》 （第七版第九章） 得 (42) 其中： ○ 1 推程段 其中： 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 41 其中： ○ 2 遠休止段 ○ 3 回程階段 其中： 楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 42 其中： ○ 4 近休止段 計算結果可得凸輪工作廓線各點的坐標見表 34。由 ， 查 《機械設計》(第八版第十章 )插圖 得 故載荷系數(shù) K= 6) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由 《機械設計》 (第八版第十章 )計算公式 得 7) 計算模數(shù) m。 齒輪的設計計算 (1) 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) ○ 1 按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪。 直徑系數(shù) q=。主軸帶動上平臺轉動，上平臺上伸出軸與電池板支架用銷軸固定。 齒根高。 楊李艷：太陽能電池板轉向機構 設計 22 大齒輪的數(shù)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(shù) m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) 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(shù)與齒數(shù)的乘積）有關， 由（第七版第十章） 可取由彎曲強度算得的模數(shù) m=，按接觸強度算得的分度圓直徑 算得小齒輪齒數(shù) 則大齒輪齒數(shù) ,取 。 4) 由 《機械設計》 ( 第 八 版 第 十 章 ) 查 得 材 料 的 彈 性 影 響 系 數(shù)。所以本系統(tǒng)選用 56BYG250D024 56BYG250C0241 兩相 混合式 步進電機。時間要素是指加速時間 和 (即從 開始加速到 )，運行時間 t。因此，步進電動機又稱為脈沖電動機。 本設計中通過 用兩個步進電機驅動 東西向的方位角跟蹤和南北向的高度角的跟蹤 ， 達到使太陽能電池板能夠始終正對太陽照射角，從而達到提高太陽能利用率的目的。 太陽赤緯隨季節(jié)變化，按照 Coper方程，計算 ： (21) 式中， n為一年中的天數(shù)，如 :在春分， n=81，則 =0，自春分日起的第 d天的太陽赤緯為 : (22) 太陽角的計算 如圖 21所示，指向太陽的向量 S? 與天頂 Z的夾角定義為天頂角，用 表示；向量 S? 與地平面的夾角定義為太陽高度角，用 h表示； S? 在地面上的投影線與南北方向線之間的夾角為太陽方位角，用 表示。 假設觀察者位于地球北半球中緯度地區(qū)，我們可以對太陽在天球上的周年視運動情況做如下描述。 近幾年來國內(nèi)不少專家學者也相繼開展了這方面的研究。 圖 11是第 3種跟蹤方式的原理，跟蹤系統(tǒng)的轉軸 (或焦線 )東西向布置，根據(jù)事先計算的太陽方位的變化 ， 太陽能設備的能量轉換部分繞轉軸作俯仰轉動跟蹤太陽。按照預計的發(fā)展速度， 20xx 年美國光伏銷售達到 。 利用的經(jīng)濟性 可以從兩個方面看太陽能利用的經(jīng)濟性。其中太陽能應用技術以其獨特的優(yōu)勢在全世界蓬勃發(fā)展，使人們在能源危機的焦慮中。 Step Motor 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 太陽能電池板 轉向機構 設計 1 概 述 能源與環(huán)保 隨著時代的前進，人類社會和經(jīng)濟的發(fā)展速度日益增加，但是與此同時人類社會的負擔和責任也隨之增加。但太陽能利用效率低這一問題一直影響和阻礙著太陽能技術的普及。正是由于上述原因，世界能源問題日益嚴峻，表現(xiàn)在如下方面： 能源短缺 世界上大部分國家能源供應不足，據(jù)統(tǒng)計近 10 年內(nèi)化石燃料 (煤、石油與天然氣等 )能量消耗增加了近 20倍，預計今后十年化石燃料的用量將翻一番，但全球己探明的石油儲量只能用到 2050年，天然氣也只能延續(xù)到 2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。全世界人們一年所用的各種能量之和也只有到達地球表面的太陽能的數(shù)萬分之一，因此利用太陽能的潛力是十分大的。 我國地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣大。其中印度近幾年發(fā)展迅速，居發(fā)展中國家領先地位，目前光伏系統(tǒng)的年生產(chǎn)量約 10MW，累計安裝量 40～50MW。 蚌埠學院本科畢業(yè)設計（論文）