【導(dǎo)讀】長期以來，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，穿過大氣層到達(dá)地球表面的太陽輻射能大約為1310?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。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。轉(zhuǎn)軸相平行，故稱為極軸；另一軸與極軸垂直，稱為赤緯軸。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

　　

【正文】 動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子繞組相并聯(lián)，其勵(lì)磁電流較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，起動(dòng)電流約為額定電流的 。轉(zhuǎn)速則隨電流及轉(zhuǎn)矩的增大而略有下降，短時(shí)過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 。轉(zhuǎn)速變化率較小，為 5%~15%?？赏ㄟ^消弱磁場的恒功率來調(diào) 速。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組接到獨(dú)立的勵(lì)磁電源供電，其勵(lì)磁電流也較恒定，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。轉(zhuǎn)速變化也為 5%~15%?？梢酝ㄟ^消弱磁場恒功率來提高轉(zhuǎn)速或通過降低轉(zhuǎn)子繞組的電壓來使轉(zhuǎn)速降低。 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極上除有并勵(lì)繞組外，還裝有與轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)的串勵(lì)繞組（其匝數(shù)較少）。串聯(lián)繞組產(chǎn)生磁通的方向與主繞組的磁通方向相同，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的 4倍左右，短時(shí)間過載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 倍左右。轉(zhuǎn)速變化率為 25%~30%（與串聯(lián)繞組有關(guān)）。轉(zhuǎn)速可通過消弱磁their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX場強(qiáng)度來調(diào)整。換向器的換向片使用銀銅、鎘銅等合 金材料，用高強(qiáng)度塑料模壓成。 電刷與換向器滑動(dòng)接觸，為轉(zhuǎn)子繞組提供電樞電流。電磁式直流電動(dòng)機(jī)的電刷一般采用金屬石墨電刷或電化石墨電刷。轉(zhuǎn)子的鐵心采用硅鋼片疊壓而成，一般為 12槽，內(nèi)嵌 12組電樞繞組，各繞組間串聯(lián)接后，再分別與 12片換向片連接。 2．永磁式直流電動(dòng)機(jī) 永磁式直流電動(dòng)機(jī)也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成，定子磁極采用永磁體（永久磁鋼），有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。錄放機(jī)中使用的電多數(shù)為圓筒型磁體，而電動(dòng)工具及汽車用電器中使用的電動(dòng)機(jī)多 數(shù)采用專塊型磁體。 轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，較電磁式直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的槽數(shù)少。錄放機(jī)中使用的小功率電動(dòng)機(jī)多數(shù)為 3槽，較高檔的為 5槽或 7槽。漆包線繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間（三槽即有三個(gè)繞組），其各接頭分別焊在換各器的金屬片上。電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電動(dòng)機(jī)的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。 錄放機(jī)中使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（即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(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) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX33 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)級數(shù)的不同可分為一級減速器、二級減速器和多級減速器 。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)比超過單級傳動(dòng)比時(shí)，為減小減速其結(jié)構(gòu)尺寸，可采用雙級齒輪減速器。雙級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。 展開式雙級圓柱齒輪減速器， 結(jié)構(gòu)簡單，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。但由于齒輪相對于兩軸承不是對稱布置，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。該減速器高速級可采用斜齒輪。 分流式雙級圓柱齒輪減速器，齒輪相對于軸承為對稱布置，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，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their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX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 這種減速器為一級減速，它結(jié)構(gòu)比較簡單，但所需傳動(dòng)比比較大，用于低速載荷較平穩(wěn)的場合。 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 2 4 5 ~ 2 7 5H B S H B S? 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，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 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 按齒輪相對軸承懸臂布置 d? = 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 太陽跟蹤系統(tǒng) their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX35 齒數(shù)比 21/ 1 4 5 / 2 6 5 .5 8u 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 ） 12NNZZ? =1 硬化系數(shù) WZ 查圖 871及說明 WZ =1 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX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 m m? ? 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 / 6 0 0 0 0 1 0 4 2 . 8 / 6 0 0 0 0tdn? ? ??? ? ? ?=? =與估取 t? =， 對 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 = 應(yīng)用修正系數(shù) aSY 查圖 小輪 1aSY 1aSY =