【文章內容簡介】 電池上時必然產生光電流，光電流強度與光強成正比。為了測量準確，在光電池前放置可調光學鏡筒，將一個凸透鏡放在鏡筒前，透鏡安放在鏡筒的最外沿，如圖27所示。當光線經過透鏡照到鏡筒底部的5片光電池上時，調節(jié)筒的長度，使光斑正好完全覆蓋5片光電池。當太陽光與光軸成一角度時，光線經過透鏡照射到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，此時有的光電池不能被光斑完全覆蓋，因此各光電池產生的光電流不盡相同，將光電流差經過一系列處理后輸入到跟蹤頭，驅動電機動作,調節(jié)跟蹤裝置,直到4個象限光電池輸出的光電流相等，此時太陽光線與透鏡光軸平行，驅動電機無動作。為了使測量跟蹤裝置更安全、可靠，該裝置采用V像限主測光電池進行光強測量和判斷，使裝置在夜晚停止工作。將第V像限的電壓V1與外來控制電壓V2進行比較，可選擇合適的V1控制測量跟蹤裝置的工作狀態(tài)，在夜晚時V2V1，裝置停止工作；在有太陽光時V1V2，裝置正常工作。圖27鏡筒結構圖28光線與光軸不垂直時理論上，鏡筒越長，光電池的靈敏度愈高，但是鏡筒長度和透鏡的參數(shù)也有關系，不可能無限制增長，通常鏡筒長度，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，且結構設計較為簡單。但當長時間出現(xiàn)云遮后或早晨太陽剛升起時, [26]太陽光線與透鏡光軸的夾角超過一定的角度范圍，由于鏡筒結構的限制，透鏡聚焦的光斑無法被光電池捕捉到這時跟蹤裝置便無法跟蹤太陽，甚至引起執(zhí)行機構的誤動作。因而該種跟蹤裝置只能在一定的角度范圍內實現(xiàn)高精度跟蹤，其跟蹤范圍跟鏡筒結構有關。由上述討論可知，[27]開環(huán)的程序跟蹤存在許多局限性，主要是在開始運行前需要精確定位，出現(xiàn)誤差后不能自動調整等。因此使用程序跟蹤方法時，需要定期的人為調整跟蹤裝置的方向。而傳感器跟蹤也存在響應慢、精度差、穩(wěn)定性差、某些情況下出現(xiàn)錯誤跟蹤等缺點。特別是多云天氣會試圖跟蹤云層邊緣的亮點，電機往復運行，造成了能源的浪費和部件的額外磨損。如果兩者結合，各取其長處，可以獲得較滿意的跟蹤結果。在視日運動軌跡跟蹤的基礎上加兩個高精度角度傳感器。當跟蹤裝置開始運行時，用兩片高精度角度傳感器初始定位，在運行當中，以程序控制為主，角度傳感器瞬時測量作反饋，對程序進行累積誤差修正。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，工作過程穩(wěn)定，應用于目前許多大型太陽能發(fā)電裝置。但計算過程十分復雜，高精度角度傳感器成本也很高，對于需要降低成本的小型太陽能利用裝置來講，該種跟蹤方式并不十分適用。 本設計的跟蹤方案光敏電阻光強比較法。本設計的光敏器件選為光敏電阻。利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將兩個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。如果太陽光垂直照射太陽能電池板時，兩個光敏電阻接收到的光強度相同，所以它們的阻值相同，此時電動機不轉動。當太陽光方向與電池板垂直方向有夾角時，接收光強多的光敏電阻阻值減少，驅動電動機轉動，直至兩個光敏電阻上的光照強度相同，稱為光敏電阻光強比較法。3 機械設計部分圖31自動跟蹤系統(tǒng)機械設計方案機構結構：步進電機 1固定在支架上，步進電機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(主軸相對于支架可以轉動)，步進電機2安裝在主軸前端的一塊板上，步進電機2的輸出軸連接小齒輪2，小齒輪2與齒圈嚙合，齒圈連接著太陽能板，轉動架安裝在主軸上。機構實現(xiàn)自動跟蹤的原理：當太陽光線發(fā)生偏離時。控制部分發(fā)出控制信號驅動步進電機1帶動小齒輪1轉動，小齒輪1帶動大齒輪和主軸轉動；同時控制信號驅動步進電機2帶動小齒輪2，小齒輪2帶動齒圈和太陽能板轉動，通過步進電機步進電機2的共同工作實現(xiàn)對太陽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，轉動比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[28]＝。 查文獻[28] =。 查文獻[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[28]。查文獻[28] 。查文獻[28]。 總工作時間Th=103602=7200h。應力循環(huán)次數(shù) 式（）原估計應力循環(huán)次數(shù)正確。 式()接觸壽命系數(shù)ZN:查文獻[28] = ， = 。 許用接觸應力 式()驗算許用接觸應力 式() 計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調整。 齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(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[28]：應力修正系數(shù)Ysa:查文獻[28]：彎曲疲勞極限:查文獻[28] 得1=600MPa ,2=450MPa 。 查文獻[28]= 。 應力循環(huán)次數(shù)　　 式() 原估計應力循環(huán)次數(shù)正確彎曲壽命系數(shù)尺寸系數(shù):查文獻[28] = 。 許用彎曲應力 式()驗算許用彎曲應力 式()齒根彎曲疲勞強度驗算滿足。 第二齒輪轉動計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,轉動比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[28]＝?！　? 查文獻[28]= 。 查文獻[28] =400 。 載荷系數(shù) 查文獻[28]＝。查文獻[28]＝。查文獻[28] 。 總工作時間Th=103602=7200h。查《機械設計》= 。 原估計應力循環(huán)次數(shù)正確。接觸壽命系數(shù)ZN:查文獻[31] = , = 。 許用接觸應力驗算許用接觸應力計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調整。 齒根彎曲疲勞強度驗算重合度系數(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[28] =,YFa2= 。 應力修正系數(shù)Ysa:查文獻[28]=,Ysa2= 。 彎曲疲勞極限:查文獻[28] 得=600MPa,=450MPa 。 查文獻[28] 。 查《機械設計》= 。 式（） 原估計應力循環(huán)次數(shù)正確。彎曲壽命系數(shù) = , =查文獻[28] =。許用彎曲應力 式 ()驗算彎曲應力 式()齒根彎曲疲勞強度滿足。取B/d=1,軸頸直徑d=100mm,則B=100mm。試取=180度計算軸承壓強 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，順應性/嵌藏性5，耐蝕性1，耐疲勞性1。潤滑劑和潤滑方法選擇，選擇潤滑牌號，自定機械油AN32。設平均油溫t=50 度。下油的運動粘度V=20 /s下油的動力粘度 式()潤滑方法選擇 式()選擇針閥式注油油杯潤滑。承載能力計算相對間隙 式()取軸轉速 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算流量系數(shù) v=軸承潤