【導(dǎo)讀】長(zhǎng)期以來，人們就一直在努力研究利用太陽能。地球所接受到的太陽能，其次，宇宙空間沒有晝夜和。四季之分，也沒有烏云和陰影，輻射能量十分穩(wěn)定。再者，太陽能和石油、煤炭等礦物燃料不同，不會(huì)導(dǎo)致“溫室效。應(yīng)”和全球性氣候變化，也不會(huì)造成環(huán)境污染。適、最安全、最綠色、最理想的替代能源。特別是在近10多年來，在石油可開采量日趨見底。據(jù)此推算，到2020年全世界能源消費(fèi)總量大約需要25萬億立升原。太陽能相對(duì)于日益枯竭的化石能源來說，是未來社會(huì)的希望所在。其中到達(dá)地球的能量高達(dá)1.73. KW，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的三萬。太陽的壽命至少尚有40億年，相對(duì)于人類歷史來說，太陽可源源。能具有儲(chǔ)量的“無限性”，取之不盡，用之不竭。污染，加之其儲(chǔ)量的無限性，是人類理想的替代能源。工作時(shí)集熱器根據(jù)太陽的視日運(yùn)動(dòng)繞方位軸轉(zhuǎn)動(dòng)改變方位角繞。這種跟蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)是跟蹤精度高，而且集熱器裝置的重量保

　　

【正文】 用的永磁 式直流電動(dòng)機(jī)，采用電子穩(wěn)速電路或離心式穩(wěn)速裝置。 3．無刷直流電動(dòng)機(jī) 無刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀器及自動(dòng)化辦公設(shè)備中。 無刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流（即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān) 電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換）。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。 已知整個(gè)裝置的總質(zhì)量為 50kg，設(shè)直流電機(jī)所帶動(dòng)的負(fù)載質(zhì)量為 30kg，按題目要求，初選 KC系列直流減速電動(dòng)機(jī)：型號(hào)為 KC501，額定電壓為 110V，最大額定電流為 ，額定轉(zhuǎn)矩為 ，出軸轉(zhuǎn)速 ，重量為太陽跟蹤系統(tǒng) 34 。 4． 1． 2減速器的設(shè)計(jì) 將具有減速功能的輪系封閉在剛性殼體內(nèi)而組成的獨(dú)立部件稱之為減速器。減速器通常裝在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間，用以降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩。 減速器按傳動(dòng)原理不同，可分為普通減速器和行星減速器兩大類。全部為定軸輪系傳動(dòng)的稱為普通減速器；主要是行星輪系傳動(dòng)的稱為行星減速器。 減速器類型很多。按齒輪傳動(dòng)的類型不同，減速器可分為圓柱齒輪減速器、圓椎齒輪減速器、蝸桿減速器、齒輪蝸桿減速器和行星齒輪減速器 。按傳動(dòng)級(jí)數(shù)的不同可分為一級(jí)減速器、二級(jí)減速器和多級(jí)減速器 。按傳動(dòng)布置方式不同可分為展開式減速器、同軸式減速器和分流式減速器 。按傳遞功率的大小不同可分為小型減速器、中型減速其和大型減速器等。 當(dāng)傳動(dòng)比超過單級(jí)傳動(dòng)比時(shí)，為減小減速其結(jié) 構(gòu)尺寸，可采用雙級(jí)齒輪減速器。雙級(jí)圓柱齒輪減速器在機(jī)械中應(yīng)用很廣。按齒輪布置形式可分為展開式、分流式和同軸式三種。 展開式雙級(jí)圓柱齒輪減速器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸入軸伸出端和輸出軸伸出端的位置可根據(jù)需要來選擇。但由于齒輪相對(duì)于兩軸承不是對(duì)稱布置，因此當(dāng)軸發(fā)生彎曲變形時(shí)，易引起載荷沿輪齒寬方向上分布不均勻，故宜用于載荷比較平穩(wěn)的機(jī)械中。該減速器高速級(jí)可采用斜齒輪。 分流式雙級(jí)圓柱齒輪減速器，齒輪相對(duì)于軸承為對(duì)稱布置，載荷沿齒輪齒寬方向分布較均勻。齒輪多用斜齒，一邊右旋，另一邊左旋，以抵消軸向力。外伸軸位置可由 任一邊伸出，給傳動(dòng)裝置的總體布置帶來方便。分流式減速器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需多用一對(duì)齒輪，軸向尺寸大，適合于承受變載荷的機(jī)械中。 同軸式雙軸圓柱齒輪減速器，其輸出軸和輸入軸位于同一軸線上，徑向尺寸緊湊，但軸向尺寸較大。中間軸較長(zhǎng)，剛性差，因而沿齒輪齒齒寬的載荷集中現(xiàn)象較嚴(yán)重。由于兩極齒輪的中心距必須一致 12()??? ，所以高速級(jí)齒輪的承載能力不能充分利用，且位于減速器中間部分的軸承潤(rùn)滑較困難。當(dāng)要 求輸入軸端和輸出軸端只能放在同一軸線上時(shí)，可選用這種減速器。各種類型的減速器的主要技術(shù)參數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，由專門工廠成批生產(chǎn)，可根太陽跟蹤系統(tǒng) 35 據(jù)生產(chǎn)廠家的樣本選擇。當(dāng)選用不到適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)減速器時(shí)，則可自行設(shè)計(jì)制造。 本控制系統(tǒng)由于裝置結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求，選用不到適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)減速器，自行設(shè)計(jì)制造。簡(jiǎn)圖如圖 圖 輸入軸； 輸出軸； 小齒輪； 大齒輪； 底座； 罩殼 這種減速器為一級(jí)減速，它結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但所需傳動(dòng)比比較大，用于低速載荷較平穩(wěn)的場(chǎng)合。 4． 1． 3圓柱直齒齒輪計(jì)算 1）選擇齒輪材料 查表 817小齒輪選用 45 調(diào)質(zhì) 1 245 ~ 275H BS H BS? 大齒輪 選用 45 正火 2 2 1 0 ~ 2 4 0H B S H B S? 2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按11tpv n? 1（ 0 . 0 1 3 0 . 0 2 2 ） n 估取圓周速度 ? m/s 參考表 814 表 815選取 公差組 10級(jí) 小輪分度圓直徑 1d ，由式 864得 ? ?3 211 2 1 EHdHZ Z ZkT udu ???????? ???? 齒寬系數(shù) d? 查表 823 按齒輪相對(duì)軸承懸臂布置 d? = 太陽跟蹤系統(tǒng) 36 小輪齒數(shù) 1Z 在推薦值 20~40中選 1Z =26 大輪齒數(shù) 2Z 21 5 .6 2 6 1 4 5 .6Z i Z? ? ? ? ? 圓整取 2Z =145 齒數(shù)比 21/ 14 5 / 26 5. 58u z z? ? ? 傳動(dòng)比誤差 5 . 6 5 . 5 8/ 0 . 0 0 3 65 . 6uu ?? ? ? 誤差在 5%? 范圍內(nèi) 合適 小輪轉(zhuǎn)矩 1T 由式（ 853）得 61110 . 0 3 8 59 5 5 0 9 5 5 0 1 0 1 3 1 3 1 2 . 5 /2 . 8pT N m mn? ? ? ? ? 載荷系數(shù) K 由式（ 854）得 K= AVK K K K??? ? ? 使用系數(shù) AK 查表 820 AK =1 動(dòng)載荷系數(shù) VK 查圖 857得初值 VtK VtK =1 齒向載荷分布系數(shù) K? 查圖 860 K? = 齒間載荷分配系數(shù) K? 由式（ 855）及 ? =0得 12111 .8 8 3 .2 c o sZZ??? ? ?????? ? ? ????????? 111 .8 8 3 .2 2 6 1 4 5????? ? ?????????= 查表 821并查值 K? = 則載荷系數(shù) K的初值 tK tK =1 1 ? ? ? tK = 彈性系數(shù) EZ 查表 822 21 8 9 .8 /EZ N mm? 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) HZ 查圖 864（ 120, 0xx? ? ? ?） HZ = 重合度系數(shù) Z? 查圖 865（ 0??? ） Z? = 許用接觸應(yīng)力 ? ?H? 由式（ 869）得 ? ? lim /H H N W HZ Z S??? ? ? 接觸疲勞極限應(yīng)力 lim1 lim2,HH?? 查圖 869 2lim 12lim 25 7 0 /4 6 0 /HHN mmN mm?? ?? 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式（ 870）得 81 6 0 6 0 4 0 0 1 ( 8 3 0 0 8 ) 4 . 6 1 0hN n j L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 81 10N?? 821 / 4 .6 1 0 / 5 .1NN ?? ? ? 82 10N ?? 則 查圖 870 地 接觸 強(qiáng) 度的 壽 命系 數(shù) 12,NNZZ（ 不 允 許有 點(diǎn) 蝕 ） 太陽跟蹤系統(tǒng) 37 12NNZZ? =1 硬化系數(shù) WZ 查圖 871及說明 WZ =1 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) HS 查表 827，按一般可靠度查 min ~ ? 取 ? ? ?1 5 7 0 1 1 / 1 .1H? ? ? ? ? ? 21 5 1 8 /H N mm? ? ? ?2 4 6 0 1 1 / 1 .1H? ? ? ? ? ? 22 4 1 8 /H N mm? ? 故 1d 的設(shè)計(jì)初值 1td 為 3 212 1 . 4 8 1 3 1 3 1 2 . 5 5 . 5 8 1 1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 70 . 4 5 . . 5 8 4 1 8td? ? ? ? ???? ? ? ???? 1 mm? 齒輪模數(shù) m 11/tm d Z? =小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值 1td? 1td? =26? 4=104 1td? =104mm 圓周速度 ? 11 / 60 00 0 10 4 2. 8 / 60 00 0tdn? ? ??? ? ? ?=? =與估取 t? =， 對(duì) VK 取值影響不大 ， 不必修正 VK VK = VtK =1， VK =1 K= tK = K= 小輪分度圓直徑 1d = 1td? 1d =104 大輪分度圓直徑 22d m Z?? =580 2d =580mm 中心距 a a= 12()2mZ Z? = 4 (26 145)2?? a=342 mm 齒寬 b b= 1 mindtd? ? =? = 取 b=42 大輪齒寬 2b =b 2b =42 小輪齒寬 1b = 2b +（ 5~10） 1b =47 3）齒 根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 由式 （ 866） ? ?112 aaF F S FKT Y Y Yb d m ???? ? ? ? ? 齒形系數(shù) aFY 查圖 867 小輪 1aFY 1aFY = 大輪 2FaY 2FaY = 太陽跟蹤系統(tǒng) 38 應(yīng)用修正系數(shù) aSY 查圖 小輪 1aSY 1aSY = 大輪 2aSY 2aSY = 重合度系數(shù) Y? 由式（ 867） Y? =+?? =+? = 許 用彎曲應(yīng)力 F????? 由式（ 871） lim /F F N x FY Y S??????? 彎曲疲勞極限 limF? 圖 872 lim1F? =460N/ 2mm lim2F? =390 N/ 2mm 彎曲壽命系數(shù) NY 查圖 873 1 2 1NNYY?? 尺寸系數(shù) xY 查圖 874 xY =1 安全系數(shù) FS 查圖 827 FS = 則 1 l i m 1 1 1 / 4 6 0 1 1 / 1 . 3F F N X FY Y S???? ? ? ? ??? 1 23 5 3 . 8 5 /F N m m?????? 2 l i m 2 2 2 / 3 9 0 1 1 / 1 . 3F F N X FY Y S???? ? ? ? ??? 2 23 0 0 /F N m m?????? 故 11 22 1 . 4 8 1 3 1 3 1 2 . 5 2 . 6 1 . 6 0 0 . 6 8 5 6 . 2 4 /4 2 1 0 4 4FF N m m?? ??? ? ? ? ? ? ???? 22 22 1 . 4 6 1 3 1 3 1 2 . 5 2 . 1 5 1 . 8 3 0 . 6 8 5 9 . 5 /4 2 1 0 4 4 N m m?? ??? ? ? ? ? ? ???? 齒根彎曲強(qiáng)度足夠 4． 1． 4 軸的設(shè)計(jì) （ 1）確定軸的最小直徑： 選取軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。按式公式初估計(jì)軸的最小直徑，查表，取A=118，可得： 3 32m in2 n? ? ? ?，