【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 相結(jié)合 由上述討論可知，開(kāi)環(huán)的程序跟蹤存在許多局限性，主要是在開(kāi)始運(yùn)行前需要精確定位，出現(xiàn)誤差后不能自動(dòng)調(diào)整等。因此使用程序跟蹤方法時(shí)，需要定期的人為調(diào)整跟 蹤裝煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 置的方向。而傳感器跟蹤也存在響應(yīng)慢、精度差、穩(wěn)定性差、某些情況下出現(xiàn)錯(cuò)誤跟蹤等缺點(diǎn)。特別是多云天氣會(huì)試圖跟蹤云層邊緣的亮點(diǎn)，電機(jī)往復(fù)運(yùn)行，造成了能源的浪 費(fèi)和部件的額外磨損。如果兩者結(jié)合，各取其長(zhǎng)處，可以獲得較滿意的跟蹤結(jié)果。在視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤的基礎(chǔ)上加兩個(gè)高精度角度傳感器。當(dāng)跟蹤裝置開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，用兩片高精度角度傳感器初始定位，在運(yùn)行當(dāng)中，以程序控制為主，角度傳感器瞬時(shí)測(cè)量作反饋，對(duì)程序進(jìn)行累積誤差修正。這樣能在任何氣候條件下使聚光器得到穩(wěn)定而可靠的跟蹤控制。這種跟蹤方案跟蹤精度高，工作過(guò)程穩(wěn)定，應(yīng)用于 目前許多大型太陽(yáng)能發(fā)電裝置。但計(jì)算過(guò)程十分復(fù)雜，高精度角度傳感器成本也很高，對(duì)于需要降低成本的小型太陽(yáng)能利用裝置來(lái)講，該種跟蹤方式并不十分適用。 本設(shè)計(jì)選用光敏電阻光強(qiáng)比較法，光敏器件選為光敏電阻。利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將四個(gè)完全相同的光敏電阻 4分別放置于一塊電池板的四個(gè)邊界處，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)，如圖 所示。如果太陽(yáng)光垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí)，其中每相對(duì)兩個(gè)光敏電阻接收到的光強(qiáng)度相同，所以它們的阻值相同，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)太陽(yáng)光方向與電池板垂直方向有夾角時(shí)，接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻 值減少，接收光強(qiáng)少的光敏電阻阻值增大，這樣就產(chǎn)生了差值，從而通過(guò)控制部分驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至相對(duì)兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同，稱為光敏電阻光強(qiáng)比較法。 圖 光敏電阻位置 總體結(jié)構(gòu) 如圖 所示，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī) 1 固定在底座上，步進(jìn)電機(jī) 1 的輸出軸連接小齒輪 ，小齒輪與大齒輪嚙合。齒輪連接著主軸上，主軸安裝在底座上 (主軸相對(duì)于底座可以轉(zhuǎn)動(dòng) )，步進(jìn)電機(jī) 2 安裝在主軸上端的一塊托盤上，步進(jìn)電機(jī) 2 的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器直煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 接與滾珠絲杠副相連接， 滾珠絲杠副兩端由軸承支承。絲杠上的滑塊與支承桿相連，連接到太陽(yáng)能板，太陽(yáng)能板一端固定在托盤上，托盤焊接安裝在主軸上 [10]。 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤的原理：當(dāng)太陽(yáng)光線發(fā)生偏離時(shí)。控制部分發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 1 帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪帶動(dòng)大齒輪和主軸轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 2帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊的左右移動(dòng)通過(guò)支承桿帶動(dòng)太陽(yáng)能板轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 2 的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)方位角和高度角的跟蹤。 圖 總體結(jié)構(gòu)圖 煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 3 章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 齒輪的選擇 材料選擇 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng) [11]。太陽(yáng)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（ GB 10095— 88）。小齒輪的材料選用 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪的材料選用 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS。 尺寸計(jì)算 選小齒輪齒數(shù) Z1=24，大齒輪齒數(shù) Z2= 24=，取 Z2=77。 d1： d1=179?！?{KT1 (u＋－ 1) Ze178。}/(?d u [σh]) (31) (1) 根據(jù)公式及查表確定各計(jì)算數(shù)值： 1) 試選公式載荷系數(shù) Kt=。 2) 設(shè)輸入功率大約為 P1=10KW，小齒輪轉(zhuǎn)速 n1=960r/min，所以小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=100000P1/n1N mm=99480N mm。 3) 選取齒寬系數(shù) ?d=1。 4) 材料的彈性影響系 Ze=185。/178。 5) 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 σhlim1=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σhlim2=550MPa。 6) 應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù) N1=60n1jLh=609601( 2830015)=10179。 179。，N2=N1/=10179。 179。 7) 取接觸疲勞壽命系數(shù) Khn1=。Khn2=。 8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，可得： [σh]1=(Khn1σhlim1) /S=600MPa=540MPa； [σh]2=(Khn2σhlim2) /S=550MPa=522,5MPa。 (2) 計(jì)算 1) 試算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入 [σh]中較小的值得： d1t=179?！?{KtT1 (u＋－ 1) Ze178。}/(?d u [σh]) = 。 2) 計(jì)算圓周速度 v。 V=(πd1tn1)/601000=。 3) 計(jì)算齒寬 b。 b= ?dd1t=1=。 4) 計(jì)算齒寬和齒高之比 b/h。 模數(shù) mt=d1t/z1= 齒高 h=== b/h=煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 5) 計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù) v=， 7 級(jí)精度，可得動(dòng)載系數(shù) Kt=； 直齒輪， Khα=Kfα=1； 使用系數(shù) Ka=1； Khβ=。 由 b/h=， Khβ= 得 Kfβ=；故載荷系數(shù) K=KaKvKhαKhβ=11= 6) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑為： d1=d1t179?！?75。K/Kt175。=179?！?75。175。175。= 7)計(jì)算模數(shù) m m=d1/z1= m： m=179。√ (2KT1YfaYsa)/(?dz1178。 [σf]) (32) (1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1) 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σfe1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σfe2=380MPa。 2) 彎曲疲勞壽命系數(shù) Kfn1=， Kfn2=； 3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 得： [σf]1=(Kfn1σfe1)/S=500/= [σf]2=(Kfn2σfe2)/S=380/= 4) 計(jì)算載荷系數(shù) K。 K=KaKvKfαKfβ=11= 5) 取齒形系數(shù)。 Yfa1=； Yfa2=。 6) 取應(yīng)力校正系數(shù)。 Ysa1=； 。 7) 計(jì)算大、小齒輪的 YfaYsa/[σf]并加以比較。 Yfa1Ysa1/[σf]1= Yfa2Ysa2/[σf]2=可知大齒輪的數(shù)值大。 (2) 設(shè)計(jì)計(jì)算 m= 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 的大小主要取決于彎曲強(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，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d1=，算出小齒輪齒數(shù) z1=d1/m=≈28 大齒輪齒數(shù) z2=28=，取 z2=90。 這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 (1) 計(jì)算分度圓直徑 d1=z1m=28=70mm d2=z2m=90=225mm (2) 計(jì)算中心距 a=(d1+d2)/2=(70+225)/2mm= (3) 計(jì)算齒輪寬度 b=?dd1=170mm=70mm 取 B2=70mm， B1=75mm。 滾珠絲杠副的選擇 滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。如圖 所示，它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動(dòng)動(dòng)作變成滾動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密 儀器。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。 圖 滾珠絲杠副 滾珠絲杠副常用的循環(huán)方式有兩種：外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。滾珠在循環(huán)過(guò)程中有時(shí)與絲杠脫離接觸的稱為外循環(huán)；始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán)。滾珠每一個(gè)循環(huán)閉路稱為列，公稱直經(jīng) 煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 每個(gè)滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導(dǎo)程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個(gè)螺母有 2 列、 3列、4列、 5 列等幾種，每列只有一圈；外循環(huán)每列有 、 圈和 圈等幾種。 外循環(huán)：外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過(guò)程結(jié)束后通過(guò)螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進(jìn)入循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時(shí)的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。外循環(huán)滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)和 制造工藝簡(jiǎn)單，使用廣泛。其缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。 內(nèi)循環(huán)：內(nèi)循環(huán)均采用反向器實(shí)現(xiàn)滾珠循環(huán)，反向器有兩種類型：圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內(nèi)，端部開(kāi)有反向槽，反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵定位，以保證對(duì)準(zhǔn)螺紋滾道方向。扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開(kāi)有反向槽，用鑲塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。 滾珠絲杠副具有以下優(yōu) 點(diǎn)： 與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為 1/3。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率，與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1/3 以下 ,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的 1/3，在省電方面很有幫助。 高精度的保證。滾珠絲杠副是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面 ,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 微進(jìn)給可能。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng) ,所以啟動(dòng)力矩極小 ,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng) 運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 無(wú)側(cè)隙、剛性高。滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值 ,進(jìn)而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內(nèi)通過(guò)給滾珠加予壓力 ,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí) ,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng) )。 高速進(jìn)給可能。滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 材料選擇 由于絲杠必須具有高耐磨性、高熱硬性及足夠韌性的要求，所以，選擇刃具鋼，其中低合金 工具鋼由于合金元素的加入，更適合制造絲杠，所以選擇 T20211（ CrWMn） [12]。 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)防塵、可以防護(hù)條件以及對(duì)調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可以選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如，當(dāng)允許有間隙存在時(shí)（如垂直運(yùn)動(dòng)）可選用具有單圓弧形螺紋軌道的單螺母滾珠絲杠副；當(dāng)必須有預(yù)緊或在使用過(guò)程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。經(jīng)綜合考慮，本設(shè)置選擇具有單圓弧形螺紋軌道的單螺母滾珠絲杠副。 滾珠絲杠副尺寸的選擇 選用滾珠絲杠副時(shí)通常主要選擇絲杠的公稱直經(jīng) d。和公 稱導(dǎo)程 Ph。公稱直經(jīng) d。應(yīng)根據(jù)軸向載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。螺紋長(zhǎng)度 L1 在允許的情況下藥盡量短，一般煙臺(tái) 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 取 L1/d。小于 30 為宜；基本導(dǎo)程 Ph（或螺距 t）應(yīng)按承載能力、傳動(dòng)精度及傳動(dòng)速度選取， Ph 大，承載能力也大； Ph 小，傳動(dòng)精度較高。要求傳動(dòng)速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。所以，根據(jù) GB/T — 1998 標(biāo)準(zhǔn)及滾珠絲杠承載能力的要求和傳動(dòng)精度的考慮，最終選擇： d。 =25mm； Ph=5mm。L1=450mm。 滾珠絲杠副支承方式的選擇 滾珠絲杠副支承方式 [12]有：単推 — 単推式、 雙推 — 雙推式、雙推 — 簡(jiǎn)支式、雙推 —