【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電池上時(shí)必然產(chǎn)生光電流，光電流強(qiáng)度與光強(qiáng)成正比。為了測(cè)量準(zhǔn)確，在光電池前放置可調(diào)光學(xué)鏡筒，將一個(gè)凸透鏡放在鏡筒前，透鏡安放在鏡筒的最外沿，如圖27所示。當(dāng)光線經(jīng)過(guò)透鏡照到鏡筒底部的5片光電池上時(shí)，調(diào)節(jié)筒的長(zhǎng)度，使光斑正好完全覆蓋5片光電池。當(dāng)太陽(yáng)光與光軸成一角度時(shí)，光線經(jīng)過(guò)透鏡照射到5片光電池上形成的光斑必然發(fā)生偏移，如圖28所示。陰影部分為光線照到的部分，此時(shí)有的光電池不能被光斑完全覆蓋，因此各光電池產(chǎn)生的光電流不盡相同，將光電流差經(jīng)過(guò)一系列處理后輸入到跟蹤頭，驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作,調(diào)節(jié)跟蹤裝置,直到4個(gè)象限光電池輸出的光電流相等，此時(shí)太陽(yáng)光線與透鏡光軸平行，驅(qū)動(dòng)電機(jī)無(wú)動(dòng)作。為了使測(cè)量跟蹤裝置更安全、可靠，該裝置采用V像限主測(cè)光電池進(jìn)行光強(qiáng)測(cè)量和判斷，使裝置在夜晚停止工作。將第V像限的電壓V1與外來(lái)控制電壓V2進(jìn)行比較，可選擇合適的V1控制測(cè)量跟蹤裝置的工作狀態(tài)，在夜晚時(shí)V2V1，裝置停止工作；在有太陽(yáng)光時(shí)V1V2，裝置正常工作。圖27鏡筒結(jié)構(gòu)圖28光線與光軸不垂直時(shí)理論上，鏡筒越長(zhǎng)，光電池的靈敏度愈高，但是鏡筒長(zhǎng)度和透鏡的參數(shù)也有關(guān)系，不可能無(wú)限制增長(zhǎng)，通常鏡筒長(zhǎng)度，以取1030cm為宜。系統(tǒng)的位置精度，基本決定于傳感器的精度，因此能夠比較容易實(shí)現(xiàn)跟蹤裝置具有較高的精確度，光電池只要能捕捉到透鏡聚焦的光斑就可以跟蹤太陽(yáng)，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單。但當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)云遮后或早晨太陽(yáng)剛升起時(shí), [26]太陽(yáng)光線與透鏡光軸的夾角超過(guò)一定的角度范圍，由于鏡筒結(jié)構(gòu)的限制，透鏡聚焦的光斑無(wú)法被光電池捕捉到這時(shí)跟蹤裝置便無(wú)法跟蹤太陽(yáng)，甚至引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作。因而該種跟蹤裝置只能在一定的角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度跟蹤，其跟蹤范圍跟鏡筒結(jié)構(gòu)有關(guān)。由上述討論可知，[27]開環(huán)的程序跟蹤存在許多局限性，主要是在開始運(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)的跟蹤方案光敏電阻光強(qiáng)比較法。本設(shè)計(jì)的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，將兩個(gè)完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽(yáng)光垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí)，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，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(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。3 機(jī)械設(shè)計(jì)部分圖31自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方案機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)：步進(jìn)電機(jī) 1固定在支架上，步進(jìn)電機(jī)1的輸出軸連接小齒輪1，小齒輪1與大齒輪嚙合。齒輪連接著主軸上，主軸安裝在支架上(主軸相對(duì)于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng))，步進(jìn)電機(jī)2安裝在主軸前端的一塊板上，步進(jìn)電機(jī)2的輸出軸連接小齒輪2，小齒輪2與齒圈嚙合，齒圈連接著太陽(yáng)能板，轉(zhuǎn)動(dòng)架安裝在主軸上。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1轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪1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)小齒輪2，小齒輪2帶動(dòng)齒圈和太陽(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。齒圈及齒輪的材料選用滲碳鋼，熱處理為滲碳淬火。初選模數(shù)m=4mm,中心距a=260，轉(zhuǎn)動(dòng)比i=4。一般Z1=25，=8到15度 （為分度圓螺旋角）。初選Z1=25，=10度，則Z2=iZ1=425=100。分度圓直徑： 小齒輪直徑 ， 取d1=100mm。大齒輪直徑 ，取d2=405mm。 式（）取齒寬系數(shù)=b==100=120則取大齒輪寬度b2=120,小齒輪寬度b1=125。齒頂高 式（）齒根高 式（）齒高 式（）查文獻(xiàn)[28]＝。 查文獻(xiàn)[28] =。 查文獻(xiàn)[28] 。 式（）式中圓周力； 端面重合度； 重合度系數(shù)。載荷系數(shù)K 式（）查文獻(xiàn)[28]。查文獻(xiàn)[28] 。查文獻(xiàn)[28]。 總工作時(shí)間Th=103602=7200h。應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式（）原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。 式()接觸壽命系數(shù)ZN:查文獻(xiàn)[28] = ， = 。 許用接觸應(yīng)力 式()驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力 式() 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無(wú)需調(diào)整。 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) 式()則 =載荷系數(shù)K 式()齒型系數(shù) YFa:查文獻(xiàn)[28]：應(yīng)力修正系數(shù)Ysa:查文獻(xiàn)[28]：彎曲疲勞極限:查文獻(xiàn)[28] 得1=600MPa ,2=450MPa 。 查文獻(xiàn)[28]= 。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)　　 式() 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確彎曲壽命系數(shù)尺寸系數(shù):查文獻(xiàn)[28] = 。 許用彎曲應(yīng)力 式()驗(yàn)算許用彎曲應(yīng)力 式()齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算滿足。 第二齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算大齒輪及小齒輪的材料選用滲碳鋼，熱處理為滲碳淬火。初選模數(shù)m=3mm,轉(zhuǎn)動(dòng)比i=4。一般Z1=25，=8到15度 （為分度圓螺旋角）。初選Z1=30，=15度，則Z2=iZ1=4*30=120。分度圓直徑：小齒輪 ， 取d1=125mm。大齒輪 ， 取d2=500mm。取齒寬系數(shù)=b==*125=150則取大齒輪寬度b2=150,小齒輪寬度b1=155。齒頂高 齒根高齒高查文獻(xiàn)[28]＝?！　? 查文獻(xiàn)[28]= 。 查文獻(xiàn)[28] =400 。 載荷系數(shù) 查文獻(xiàn)[28]＝。查文獻(xiàn)[28]＝。查文獻(xiàn)[28] 。 總工作時(shí)間Th=103602=7200h。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》= 。 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。接觸壽命系數(shù)ZN:查文獻(xiàn)[31] = , = 。 許用接觸應(yīng)力驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無(wú)需調(diào)整。 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù) 式()齒間載荷分配系數(shù)則=載荷系數(shù)K 式()齒型系數(shù)YFa查文獻(xiàn)[28] =,YFa2= 。 應(yīng)力修正系數(shù)Ysa:查文獻(xiàn)[28]=,Ysa2= 。 彎曲疲勞極限:查文獻(xiàn)[28] 得=600MPa,=450MPa 。 查文獻(xiàn)[28] 。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》= 。 式（） 原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。彎曲壽命系數(shù) = , =查文獻(xiàn)[28] =。許用彎曲應(yīng)力 式 ()驗(yàn)算彎曲應(yīng)力 式()齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足。取B/d=1,軸頸直徑d=100mm,則B=100mm。試取=180度計(jì)算軸承壓強(qiáng) 式()軸承速度 式()PV值 式()軸承材料:選ZCrSn10P1最大許用值[P]=15MPa，[v]=10m/s，[PV]=15m/s，最高工作溫度280，最高軸頸硬度200HB，抗咬合性3，順應(yīng)性/嵌藏性5，耐蝕性1，耐疲勞性1。潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法選擇，選擇潤(rùn)滑牌號(hào)，自定機(jī)械油AN32。設(shè)平均油溫t=50 度。下油的運(yùn)動(dòng)粘度V=20 /s下油的動(dòng)力粘度 式()潤(rùn)滑方法選擇 式()選擇針閥式注油油杯潤(rùn)滑。承載能力計(jì)算相對(duì)間隙 式()取軸轉(zhuǎn)速 式()索氏數(shù) 式()偏心率層流校核半徑間隙 式()臨界雷洛數(shù) 式()軸承雷洛數(shù) 式()滿足層流條件流量計(jì)算流量系數(shù) v=軸承潤(rùn)