【文章內(nèi)容簡介】 ]圖 得節(jié)點區(qū)域系數(shù) 。 查文獻 [8]表 得接觸最小安全系數(shù)為 。 總工作時間 Th=10 360 2=7200h。 應力循環(huán)次數(shù) LN 107＜ NL＜ 109 （ 27） 原估計應力循環(huán)次數(shù)正確。 72 1 / 2 . 1 7 1 2 5 1 0N L N L i? ? ? (28) 接觸壽命系數(shù) ZN:查文獻 [8]圖 得 1NZ = ， 2NZ = 。 許用接觸應力 []H? l im 1 11m inl im 2 22m in710 [ ] 681580 5[ ] 604HNHHHNHHZ MPSZ MPS?????? ? ??? ? ? (29) 驗算許用接觸應力 []H? 121422 1[]2 2 . 8 4 2 1 0 4 11 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 71 2 0 1 0 0 41 4 1 6 0 4H E HKT uZ Z Zb d uM P a M P a?????? ? ? ?? ? ? ? ???? (210) 計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。 底座的設計 底座材料選用 45 鋼 [9]，底座要有足夠的支撐強度，同時也要滿足盡可能節(jié)省材料，所以，選擇用焊接法組合底座。 設計結構如圖 21 所示。 太陽能自動追光系統(tǒng)的設計 11 圖 21 底座 中心軸的選擇 (一 ) 尺寸設計 選擇軸的直徑為 30mm，長度為 400mm。軸的材料選擇 45 鋼，并進行調(diào)質(zhì)處理。 (二 ) 軸的校核 可知材料的強度極限： σb =598MPa，屈服極限： σs = 353MPa[10]。又 45 鋼是塑性材料，所以，要用屈服極限 σs來校核。設橫截面受力 F 大約為 70KN。材料的截面積為：S=πr178。=178。 σ =F/S=σs = 353MPa。所以，該軸符合要求。 軸承的選擇 (一 ) 軸承 1的選擇 該支承根據(jù)工作條件決定選用深溝球軸承，軸承徑向載荷 Fr=1500N，軸向載荷Fa=5500N，軸承轉(zhuǎn)速 n=300r/min，裝軸承處的軸頸直徑大約為 30mm，運轉(zhuǎn)時有輕微沖擊，預期計算壽命 Lh=5000h。 (1) 求比值 Fa/Fr=5500/1500=e (2) 初步計算當量動載荷 P， P=fp( XFr+YFa) 因為輕微沖擊，所以載荷系數(shù) fp=～ ，取 fp=。同時可得 X=， Y值需在已知型號和基本額定靜載荷 Co 后才能求出?，F(xiàn)暫選一近似中間值，取 Y=，則 P=( 1500＋ 5500)=10908N (3) 求軸承應有的基本額定動載荷值 C=P179?！?60nLh/10178。= (211) (二 ) 軸承 2的選擇 該支承根據(jù)工作條件決定選用深溝球軸承，軸承徑向載荷 Fr=5500N，軸向載荷Fa=2700N，軸承轉(zhuǎn)速 n=300r/min，裝軸承處的軸頸直徑為大約 25mm，運轉(zhuǎn)時有輕微沖擊，預期計算壽命 Lh=5000h。 (1) 求比值 Fa/Fr=2700/5500=e 菏澤 學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 (2) 初步計算當量動載荷 P， P=fp( XFr+YFa) 因為輕微沖擊，所以載荷系數(shù) fp=～ ，取 fp=。同時可得 X=， Y值需在已知型號和基本額定靜載荷 Co后才能求出?，F(xiàn)暫選一近似中間值，取 Y=，則 P=( 5500＋ 2700)=8556N (3) 求軸承應有的基本額定動載荷值 C=P179?！?60nLh/10178。 179。 = 抗風性分析 (一 ) 底座上螺釘校核 危險截面面積 221( ) 1 0 4 546c HA d m m?? ? ? (212) 螺釘應力副 9000aa cF NA? ?? (213) 選擇螺釘?shù)男阅艿燃? 級 則 5 1 0 0 5 0 05006 6 3 0 01 0 1 0BaBsaMPMP???? ? ?? ? ? ? ? (214) 螺釘疲勞極限 1 0. 32 0. 32 50 0 16 0Ba MP??? ? ? ? ? (215) 極限應力幅 l i m 1 0 . 6 2 1 1 . 5 1 6 0 4 3 . 13 . 4 5maaakk MPk ???? ? ??? ? ? ? (216) (二 ) 軸校核 判斷危險截面主軸端面往下 170mm 處 材料選用 45鋼調(diào)質(zhì) 。 650360BasaMPMP?? ?? 對稱循環(huán)疲勞極限 110 . 4 4 0 . 4 4 6 5 0 2 8 60 . 3 0 0 . 3 6 5 0 1 9 5b B aBaMPMP??????? ? ? ?? ? ? ? (217) 脈動循環(huán)疲勞極限 011 . 7 1 . 7 2 8 6 4 8 61 . 6 1 . 6 1 9 5 3 1 2b b aaMPMP???? ??? ? ? ?? ? ? ? (218) 等效系數(shù) 太陽能自動追光系統(tǒng)的設計 13 1001002 2 286 486 4862 2 195 312 312bbb????????????? ??? ? ?? ??? ? ? (219) 截面上的應力 10 aTT MPw? ?? 52a m aMP???? ? ? 有效應力集中系數(shù) 7, 1kk???? 表面狀態(tài)系數(shù) ?? 尺寸系數(shù) 8, 1?????? 彎曲安全系數(shù) 設為無限壽命， k=1 1 1 2 8 6 6 . 3 81 . 7 72 0 . 50 . 9 2 0 . 8 8Nbamkas k? ????? ? ???? ?? ? ??? ? 1 1 1 9 5 1 9 . 6 21 . 3 14 . 9 5 0 . 2 5 4 . 9 50 . 9 2 0 . 8 1Namks k? ????? ? ???? ?? ? ?? ? ?? ? 2 2 2 26 . 3 8 1 9 . 6 2 6 . 0 7 1 . 5 [ ]6 . 3 8 1 9 . 6 2ssssss?????? ? ? ??? (220) 軸強度滿足要求。 3 控制系統(tǒng)設計 系統(tǒng)總體結構 圖 31 系統(tǒng)總體結構 此系統(tǒng)由步進電機、光電轉(zhuǎn)換器、 89C51 系列單片機以及相應的外圍電路等組成。太陽能電池板有兩個自由度。控制機構將分別調(diào)整水平方向與垂直方向。單片機上電復位后，將使垂直方向處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，單片機會判斷采樣進來的電壓信號，即兩種可能電傳感器 光電轉(zhuǎn)換 單片機 驅(qū)動器 步進電機 電源 菏澤 學院本科畢業(yè)設計（論文） 14 壓有增大和減小，如電壓是增大， 則讓電池板繼續(xù)轉(zhuǎn)動，一旦電壓是減小，單片機會立即發(fā)出信號，讓電機反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)跟蹤太陽板。 光電轉(zhuǎn)換器 VCC LM124 R1 R2 A U2A B U3A VCC 圖 32 光電轉(zhuǎn)換電路 光電轉(zhuǎn)換裝置接收太陽光，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)所采集到的信號，由單片機分析得最終控制的步進電動旋轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)向來達到太陽能電池面板 ,結果始終是垂直于入射光線，從而達到利用太陽能的最高效率。選為光敏電阻為本文設計的光敏器件。 光電轉(zhuǎn)換電路在下面的圖片中是其中的一組 ，另一組是相同的電路。當太陽的光線正 對太陽能板的時候，光敏電阻 R R2 都是高電阻，且 A、 B 兩點電壓是相等的。四運放 LM124 的輸出的電壓也是相同的，單片機收到的信號差值為零，所以單片機不能控制電動機轉(zhuǎn)動。如果陽光傾斜，使 Rl 被陽光射中呈低電阻狀態(tài)，則 A 點電位比 B 點的點電位高。運算放大器 U2A 的角色是一個電壓跟隨器，有緩沖、隔離、提高負載能力的作用，保持穩(wěn)定的采樣信號。 U3A 是減法器， A 與 B 的電壓差值為其輸出。 因為在 A 和 B之間的電壓差可以是正的或負的 ，而單片機的輸入電壓值不能為負值，所以 U3A正的輸入端接了個偏置電壓電路，使 U3A 的輸出值始 終是正值。 步進電動機 (一 ) 步進電動機介紹 步進電機是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的開環(huán)控制執(zhí)行機構。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號 , 它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。 因此非常適合單片機控制，推動了步進電動機的發(fā)展，步進電動機的應用開辟了廣闊的前景。 (二 ) 步進電機的選擇 （ 1） 步進電機１選擇 估計步進電機 1所需要的最大 靜力矩不大于 200N，故選用 57BYGH1001混合式步進電機。 限位開關 太陽能自動追光系統(tǒng)的設計 15 表 31 57BYGH1001 混合式步進電機 （ 2）步進電機 2選擇 估計步進電機 2所需要的最大 推力不大于 2020N，故選用 8700系列 螺 桿軸混合式步進電機。技術參數(shù)如下： 1)線圈雙極性， 2)最大推力 2270N， 3） 位移分辨率 ， 4） 工作電壓 5V， 5）相電流 ， 6） 相電阻 ， 7） 相電感 mH， 9） 功耗 ,10)最高溫度 130176。C ，11） 重量 ， 12） 絕緣電阻 20。 圖 33 步進電示意圖 （ 3） MT2HB03M 驅(qū)動器 特點：雙極驅(qū)動；驅(qū)動器工作電壓 1240 V； 驅(qū)動電流 A；用戶可根據(jù)需要采用共陽極接法、共陰極接法或差分輸入接法。 共陽極接法：分別將 CP+， U/D+， FREE+連接到控制系統(tǒng)的電源上，如果此電源是 +5V 則可直接接入，如果此電源大于 +5V，則須外部另加限流電阻 R，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光藕提供 815mA 的驅(qū)動電流。輸入信號通過 CP加入 。此時， U/D， FREE在低電平時起作用。 共陰極接法：分別將 CP， U/D， FREE連接到控制系統(tǒng)的地端（ SGND，與電源地隔離）， +5V 的輸入信號通過 CP+加入。此時， U/D+， FREE+在高電平時起作用。限流電阻