【正文】 ○ 1 推程階段 ○ 2 遠(yuǎn)休止階段 = 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 * + ○ 3 回程階段 ○ 4 近休止階段 ○ 5 推程段的壓力角和回程段的壓力角 n 取計(jì)算時(shí)間間隔為 10 ，將以上各相應(yīng)值代入（ 41）計(jì)算理論輪廓線上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。 凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 電池板支架與凸輪之間的運(yùn)動(dòng) 選為對(duì)心 直動(dòng) 滾子推桿 盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu) ，并選定該推桿的運(yùn)動(dòng)要求為 :當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過(guò) 90 時(shí)，推桿上升 50mm，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò) 90 時(shí)，推桿停止不動(dòng)；推論再繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò) 60 時(shí)，推桿下降 50mm，凸輪轉(zhuǎn)過(guò)其余角度時(shí)，推桿又停止不動(dòng)。 7)計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。 5) 查取齒形系數(shù)。 模數(shù) mt mm 齒高 h== mm 5) 計(jì)算載荷系數(shù)。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )得 i i ○ 2 計(jì)算 1) 試算小齒輪分度圓直徑 t，代入 [ ]中較小的值。 3) 由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )查得材料的彈性影響系數(shù) 。由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )選擇小齒輪材料為 40Cr(調(diào)質(zhì) )，蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 (7) 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通 用機(jī)械減速器，從GB/T100891988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為 f，標(biāo)注為 8f GB/T100891988。 (6) 驗(yàn)算效率 n n 已知 = 。 蝸輪喉圓直徑 a +2 a =+2 =。 齒根圓直徑 mm 分度圓導(dǎo)程角 蝸桿軸向齒厚 a m mm。 直徑系數(shù) q=。作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ： T 蝸n mm ○ 2 確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù) ；由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十一章 )，選取使用系數(shù) ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷 則 ≈ ○ 3 確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故 ○ 4 確定接觸系數(shù) 先假定蝸桿分度圓直徑 和傳動(dòng)中心距 a的比值 a =,從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十一章 )，中可查得 。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。 圖 34 跟蹤系統(tǒng)跟蹤高度角減速箱中設(shè)計(jì)的主視圖 步進(jìn) 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速的計(jì)算 和前面一樣， 為充分利用太陽(yáng)能，從早上 6:00到 8:00使步進(jìn)電機(jī)空載，不加任何脈沖頻率；從 8:00到 16:00設(shè)定輸入電機(jī)的脈沖頻率為 50HZ；從 16:00到 18:00電動(dòng)機(jī)繼續(xù)空載。減速箱 11用鉸鏈固定在上平臺(tái)上，與轉(zhuǎn)臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 (7) 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T100891988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8級(jí)精度，側(cè)隙種類(lèi)為 f，標(biāo)注為 8f GB/T100891988。 (6) 驗(yàn)算效率 n n 已知 = 。 蝸輪喉圓直徑 a +2 a =164+2 =172mm。 齒根圓直徑 mm 分度圓導(dǎo)程角 蝸桿軸向齒厚 a m mm。 直徑系數(shù) q=10。 ○ 5 確定許用接觸應(yīng)力 [ ] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度 ，可從 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十一章 )，中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 。 (3) 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 蝸輪蝸桿的選擇 (1) 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型 根據(jù) GB/T100851998的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿（ ZI）。 7) 計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。 5) 查取齒形系數(shù)。 模數(shù) mt mm 齒高 h== mm 5) 計(jì)算載荷系數(shù)。 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )得 i 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 i ○ 2 計(jì)算 1) 試算小齒輪分度圓直徑 t，代入 [ ]中較小的值。 4) 由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )查得材料的彈性影響系數(shù) 。由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 (第八版第十章 )選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì) )，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。查閱 《機(jī)電控制技術(shù)》 知步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率的關(guān)系為 n ? m n 步進(jìn)電機(jī)的功率為 nT 式中： n 轉(zhuǎn)速，單位 r/min； f 脈沖頻率，單位 HZ； 步距角，單位176。齒輪 13固定在連接軸 14中部，連接軸通過(guò)軸承安裝在減速箱體上，蝸輪 16固定在主軸 4上 ，主軸 的中部 通過(guò)軸承安裝 一個(gè) 減速箱體 ，主軸的下端固定在支座 2上，支柱 6的下端固定在 上平臺(tái) 上，支柱 6的上端通過(guò)銷(xiāo)軸 7與電池板 支 架連接。表 31 列出兩電機(jī)的相關(guān)主要參 數(shù) 。 ≈ kg m ≈ m 由于電機(jī) 18 和電機(jī) 19 的輸入脈沖信號(hào)頻率和加速時(shí)間一致，因此采用相同的方法可以估算出?？刂葡到y(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求不高，因此設(shè)定輸入電機(jī)的脈沖頻率為 100HZ，加速時(shí)間為 秒。 Ta一慣性體的加速轉(zhuǎn)矩， kg m。在方位軸與電機(jī) 18 之間采用了減速比為 1:64 的減速裝置。機(jī)械要素是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tt和負(fù)載慣量 J。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指產(chǎn)生不同對(duì)極 N、 S 磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)，常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)有兩相、四相和五相。電磁式步進(jìn)電機(jī)一般又分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) (VR)、永磁 式步進(jìn)電機(jī) (PM)和混合式步進(jìn)電機(jī) (HB)三種。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、 精確度高、調(diào)速范圍大、起動(dòng)、制動(dòng)反應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。在數(shù) 字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件，每輸入一個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè) 角度或前進(jìn)一步。電池板固定架用來(lái)對(duì)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行固定，要求設(shè)計(jì)合 理，穩(wěn)定。驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用的是步進(jìn)電機(jī)，此種電機(jī)性能可靠，對(duì)于角度量轉(zhuǎn)向控制精確。 通過(guò) 對(duì)目前多種太陽(yáng)能采集裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)的收集和對(duì)比 ，再在幾種比較合 適的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些修改以更加符合本設(shè)計(jì)的要求，最終得到的結(jié)構(gòu)如圖 31所示。這樣，跟蹤裝置就可以在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下在整個(gè)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中光線始終垂直于太陽(yáng)能板，保證了太陽(yáng)能的有效利用。從而可以通過(guò)控制使光伏系統(tǒng)朝向太陽(yáng)位置對(duì)其進(jìn)行有效跟蹤，提高系統(tǒng)的發(fā)電 效率 。若不考慮地表曲率及大氣折 射的影響，根據(jù)式 (23)，可得出日出日沒(méi)時(shí)角表達(dá)式 o n n (28) 式中 日出或日沒(méi)時(shí)角，以度表示，正為日沒(méi)時(shí)角 。 圖 21 太陽(yáng)角的定義 (1) 太陽(yáng)高度角 計(jì)算太陽(yáng)高度角的表達(dá)式為 ： n n n o o o （ 23） 式中， 滬為地理緯度； 占為太陽(yáng)赤緯； 口為太陽(yáng)時(shí)角。冬季最小變化到冬至日的 ′ 。冬至過(guò)后，太陽(yáng)正午高度逐日升高，同時(shí)白晝?cè)鲩L(zhǎng)，太陽(yáng)的升落又趨向正東和正西，直到春分日(3月 21日 )太陽(yáng)從赤道以南到達(dá)赤道。 秋分日 (9月 23日 )，太陽(yáng)又從赤道以北到達(dá)赤道 (太陽(yáng)的赤緯 )，地球北半球的天文秋季開(kāi)始。太陽(yáng)在正午的高度等于 ( 為觀察者當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥?)。因此，地球處于運(yùn)行軌道不同位置時(shí)，陽(yáng)光投射到地球上的方向也就不同，形成地球四季的變化。 地球除了自轉(zhuǎn)外，還繞太陽(yáng)循著偏心率很小的橢圓形軌道 (黃道 )上運(yùn)行，稱(chēng)為“公轉(zhuǎn)”，其周期為一年。該系統(tǒng)相對(duì)于單軸太陽(yáng)跟蹤裝置，精度明顯提高，還可實(shí)現(xiàn)全天候自動(dòng)控制。 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 太陽(yáng)的跟蹤方式普遍采用雙向跟蹤，且都是采用兩個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)同時(shí)跟蹤太陽(yáng)的方位和高度兩個(gè)角度方向，有效的太陽(yáng)跟蹤裝置可太陽(yáng)能利用效率提高 35%。捷克科學(xué)院物理研究所則以形狀記憶合金調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)，通過(guò)日照溫度的變化實(shí)現(xiàn)了單軸被動(dòng)式太陽(yáng)跟蹤。 圖 13 高度 方位角式全跟蹤 目前 ， 國(guó)外對(duì)于 太陽(yáng)能技術(shù)跟蹤裝置 (或稱(chēng)為太陽(yáng)跟蹤器 )的研究有，美國(guó)Blackace，在 1997年研制了單軸太陽(yáng)跟蹤器，完成了東西方向的自動(dòng)跟蹤，而南北方向則通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，接收器對(duì)太陽(yáng)能的熱接收率提高了 15%。 圖 12 極軸式跟蹤 高度 角 方位角式太陽(yáng)跟蹤方法又稱(chēng)為地平坐標(biāo)系雙軸跟蹤，其原理如圖 13所示。 蚌埠學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 11 單軸焦線東西水平布置（南北跟蹤） (2) 雙軸跟蹤又可以分為兩種方式 :極軸式全跟蹤和高度一方位角式全跟蹤。這三種方式都是單軸轉(zhuǎn)動(dòng)的南北向或東西向跟蹤，工作原理基本相似。 雖然我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電水平有了相當(dāng)程度的提高，但是離大規(guī)模的應(yīng)用推廣還有很大的距離，光 伏產(chǎn)業(yè)還處于成長(zhǎng)期。這些電站都建在光照充足，地理位置偏僻，電網(wǎng)不能到達(dá)的地區(qū)。其中印度近幾年發(fā)展迅速，居發(fā)展中國(guó)家領(lǐng)先地位，目前光伏系統(tǒng)的年生產(chǎn)量約 10MW，累計(jì)安裝量 40～50MW。美國(guó)能源部制定了從 2021年 1月 1日開(kāi)始的 5年國(guó)家光伏計(jì)劃和 2020～ 2030年的長(zhǎng)期規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)美國(guó)能源、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展和保持光伏產(chǎn)業(yè)世界領(lǐng)導(dǎo)地位的戰(zhàn)略目標(biāo)。世界光伏產(chǎn)業(yè)從 1999年的 201MW增加到 2021年的 1100MW。我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富和比較豐富的 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 類(lèi)地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)大于 2200h，太陽(yáng)輻射總量高于 50165852MJ/（ m2 a），面積約占全國(guó)總面積的 2/3以上。 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能利用的現(xiàn)狀 我國(guó)地處北半球歐亞大陸的東部，土地遼闊，幅員廣大。 利用的清潔性 太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，其開(kāi)發(fā)利用時(shí)幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，是人類(lèi)理想的替代能源。相對(duì)于常規(guī)能源的有限性，太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的 “ 無(wú)限性 ” ，取之不盡，用之不竭。太陽(yáng)放射的總輻射能量大約是 X 1021 kW，極其巨大的。全世界人們一年所用的各種能量之和也只有到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能的數(shù)萬(wàn)分之一，因此利用太陽(yáng)能的潛力是十分大的。太陽(yáng)能、綠色生物能、燃料電池、海洋能等新能源的研究與應(yīng)用為人們描繪出希望。據(jù)有關(guān)