【文章內(nèi)容簡介】 的算法，涉及到赤緯角和時角的大致有二種算法：算法 l，采用中國國家氣象局氣象輻 射觀測方法；算法 2，采用世界氣象組織氣象和觀測方法。由此可以看出，該種跟蹤方案不論采取何種算法，算法過程都十分復(fù)雜，計算量的增 大會增加控制系統(tǒng)的成本。而且這種跟蹤裝置為開環(huán)系統(tǒng)，無角度反饋值做比較，因而為了達到高精度跟蹤的要求，不僅對機械結(jié)構(gòu)的加工水平有較嚴格的要求，而且與儀器的安裝是否正確關(guān)系極為密切。工程生產(chǎn)中必須要求機械結(jié)構(gòu)加工精度足夠高。初始化安裝時，儀器的中心南北線與觀測點的地理南北線要求重合。同時，還要通過儀器底部的水平準直儀將底面調(diào)節(jié)到與地面保持水平，使儀器的高度角零點處于地面水平面內(nèi)。 (2) 光電跟蹤 傳統(tǒng)的光電跟蹤是采用一級傳感器跟蹤方式，這種跟蹤系統(tǒng)，原則上由三大部件組成：位置檢測器、控制組件、跟蹤頭。位置檢測器主要由性能經(jīng)過挑選的光敏傳感器組成，如四象限光電池、光敏電阻等?？刂平M件主要接受從位置檢測器來的微弱信號，經(jīng)放大后送到跟蹤頭，跟蹤頭實為跟蹤裝置的執(zhí)行元件。 (3) 視日運動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合 由上述討論可知，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(diào)整等。因此使用程序跟蹤方法時，需要定期的人為調(diào)整跟 蹤裝煙臺 大學文經(jīng)學院畢業(yè)設(shè)計 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(fù)運行，造成了能源的浪 費和部件的額外磨損。如果兩者結(jié)合，各取其長處，可以獲得較滿意的跟蹤結(jié)果。在視日運動軌跡跟蹤的基礎(chǔ)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(yīng)用于 目前許多大型太陽能發(fā)電裝置。但計算過程十分復(fù)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(shè)計選用光敏電阻光強比較法，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，將四個完全相同的光敏電阻 4分別放置于一塊電池板的四個邊界處，每兩個相對，如圖 所示。如果太陽光垂直照射太陽能電池板時，其中每相對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(zhuǎn)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，接收光強少的光敏電阻阻值增大，這樣就產(chǎn)生了差值，從而通過控制部分驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至相對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。 圖 光敏電阻位置 總體結(jié)構(gòu) 如圖 所示，機構(gòu)結(jié)構(gòu)：步進電機 1 固定在底座上，步進電機 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 (主軸相對于底座可以轉(zhuǎn)動 )，步進電機 2 安裝在主軸上端的一塊托盤上，步進電機 2 的輸出軸通過聯(lián)軸器直煙臺 大學文經(jīng)學院畢業(yè)設(shè)計 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，連接到太陽能板，太陽能板一端固定在托盤上，托盤焊接安裝在主軸上 [10]。 機構(gòu)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(qū)動步進電機 1 帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪帶動大齒輪和主軸轉(zhuǎn)動；同時控制信號驅(qū)動步進電機 2帶動滾珠絲桿轉(zhuǎn)動，滑塊的左右移動通過支承桿帶動太陽能板轉(zhuǎn)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。 圖 總體結(jié)構(gòu)圖 煙臺 大學文經(jīng)學院畢業(yè)設(shè)計 8 第 3 章 機械部分的設(shè)計 齒輪的選擇 材料選擇 選用直齒圓柱齒輪傳動 [11]。太陽能自動旋轉(zhuǎn)裝置為一般工作機器，速度不高，故選用 7 級精度（ 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度極限 σhlim1=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限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) 計算圓周速度 v。 V=(πd1tn1)/601000=。 3) 計算齒寬 b。 b= ?dd1t=1=。 4) 計算齒寬和齒高之比 b/h。 模數(shù) mt=d1t/z1= 齒高 h=== b/h=煙臺 大學文經(jīng)學院畢業(yè)設(shè)計 9 5) 計算載荷系數(shù)。 根據(jù) v=， 7 級精度，可得動載系數(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)的各計算數(shù)值 1) 小齒輪的彎曲疲勞強度極限 σfe1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度極限σfe2=380MPa。 2) 彎曲疲勞壽命系數(shù) Kfn1=， Kfn2=； 3) 計算彎曲疲勞許用應(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)計計算 m= 對比計算結(jié)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 的大小主要取決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，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù) 并就近圓整為標準值 m=，按接觸強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)計的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，煙臺 大學文經(jīng)學院畢業(yè)設(shè)計 10 并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 (1) 計算分度圓直徑 d1=z1m=28=70mm d2=z2m=90=225mm (2) 計算中心距 a=(d1+d2)/2=(70+225)/2mm= (3) 計算齒輪寬度 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)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或?qū)⒅本€運動 轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(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)運動轉(zhuǎn)化成直線運動，這是滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。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。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。 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)過程中有時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)。滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列，公稱直經(jīng) 煙臺 大學文經(jīng)學院畢業(yè)設(shè)計 11 每個滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導程數(shù)稱為圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有 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、 圈和 圈等幾種。 外循環(huán)：外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結(jié)束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進入循環(huán)。外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時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 制造工藝簡單，使用廣泛。其缺點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，以保證對準螺紋滾道方向。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： 與滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩為 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運動 ,所以能得到較高的運動效率，與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1/3 以下 ,即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的 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械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面 ,對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 微進給可能。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動 ,所以啟動力矩極小 ,不會出現(xiàn)滑動 運動那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實現(xiàn)精確的微進給。 無側(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到負值 ,進而得到較高的剛性 (滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力 ,在實際用于機械裝置等時 ,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強 )。 高速進給可能。滾珠絲杠由于運動效率高、發(fā)熱小、所以可實現(xiàn)高速進給運動。 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 T20xx1（ CrWMn） [12]。 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)防塵、可以防護條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可以選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。例如，當允許有間隙存在時（如垂直運動）可選用具有單圓弧形螺紋軌道的單螺母滾珠絲杠副；