【正文】 50mm。所以，根據(jù) GB/T — 1998 標(biāo)準(zhǔn)及滾珠絲杠承載能力的要求和傳動精度的考慮，最終選擇： d。小于 30 為宜；基本導(dǎo)程 Ph（或螺距 t）應(yīng)按承載能力、傳動精度及傳動速度選取， Ph 大，承載能力也大； Ph 小，傳動精度較高。應(yīng)根據(jù)軸向載荷按滾珠絲杠副尺寸系列選擇。和公 稱導(dǎo)程 Ph。經(jīng)綜合考慮，本設(shè)置選擇具有單圓弧形螺紋軌道的單螺母滾珠絲杠副。 滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)防塵、可以防護(hù)條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可以選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。滾珠絲杠由于運(yùn)動效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給運(yùn)動。滾珠絲杠副可以加予壓 ,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值 ,進(jìn)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(shí)際用于機(jī)械裝置等時 ,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng) )。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動 ,所以啟動力矩極小 ,不會出現(xiàn)滑動 運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象 ,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。滾珠絲杠副是用世界最高水平的機(jī)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(jìn)行了嚴(yán)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。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(yùn)動 ,所以能得到較高的運(yùn)動效率，與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達(dá)到 1/3 以下 ,即達(dá)到同樣運(yùn)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。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。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。其缺點(diǎn)是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩(wěn)性。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。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 、 圈和 圈等幾種。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)。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)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(diǎn)。如圖 所示，它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。 滾珠絲杠副的選擇 滾珠絲杠副是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動，或?qū)⒅本€運(yùn)動 轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動的理想的產(chǎn)品。 這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 Yfa1Ysa1/[σf]1= Yfa2Ysa2/[σf]2=可知大齒輪的數(shù)值大。 Ysa1=； 。 Yfa1=； Yfa2=。 取彎曲疲勞安全系數(shù) S= 得： [σf]1=(Kfn1σfe1)/S=500/= [σf]2=(Kfn2σfe2)/S=380/= 4) 計(jì)算載荷系數(shù) K。 [σf]) (32) (1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1) 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 σfe1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σfe2=380MPa。= 7)計(jì)算模數(shù) m m=d1/z1= m： m=179。175。=179?！?75。 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=。 4) 計(jì)算齒寬和齒高之比 b/h。 3) 計(jì)算齒寬 b。 2) 計(jì)算圓周速度 v。 u Ze178。√ {KtT1 8) 計(jì)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。 7) 取接觸疲勞壽命系數(shù) Khn1=。 179。 6) 應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù) N1=60n1jLh=609601( 2830015)=10179。/178。 3) 選取齒寬系數(shù) ?d=1。 mm=99480N [σh]) (31) (1) 根據(jù)公式及查表確定各計(jì)算數(shù)值： 1) 試選公式載荷系數(shù) Kt=。}/(?d (u＋－ 1) d1： d1=179。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。 圖 總體結(jié)構(gòu)圖 煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 3 章 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) 齒輪的選擇 材料選擇 選用直齒圓柱齒輪傳動 [11]。 機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動跟蹤的原理：當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時。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(jìn)電機(jī) 2 安裝在主軸上端的一塊托盤上，步進(jìn)電機(jī) 2 的輸出軸通過聯(lián)軸器直煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 接與滾珠絲杠副相連接， 滾珠絲杠副兩端由軸承支承。當(dāng)太陽光方向與電池板垂直方向有夾角時，接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻 值減少，接收光強(qiáng)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(jī)轉(zhuǎn)動，直至相對兩個光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同，稱為光敏電阻光強(qiáng)比較法。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。但計(jì)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。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。在視日運(yùn)動軌跡跟蹤的基礎(chǔ)上加兩個高精度角度傳感器。特別是多云天氣會試圖跟蹤云層邊緣的亮點(diǎn)，電機(jī)往復(fù)運(yùn)行，造成了能源的浪 費(fèi)和部件的額外磨損。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(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 置的方向。控制組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(shí)為跟蹤裝置的執(zhí)行元件。 (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。初始化安裝時，儀器的中心南北線與觀測點(diǎn)的地理南北線要求重合。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(dá)到高精度跟蹤的要求，不僅對機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工水平有較嚴(yán)格的要求，而且與儀器的安裝是否正確關(guān)系極為密切。參考目前世界通用的算法，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。然后控制系統(tǒng)根據(jù)太陽軌跡每分鐘的角度變化發(fā)送驅(qū)動信號，實(shí)現(xiàn)跟蹤裝置兩維轉(zhuǎn)動的角度和方向變化。在 應(yīng)用中，全球定位系統(tǒng) (GPS)可為系統(tǒng)提供精度很高的地理經(jīng)緯度和當(dāng)?shù)貢r間，控制系統(tǒng)則根據(jù)提供的地理、時間參數(shù)來確定即時的太陽位置，以保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位和跟蹤的高準(zhǔn)確性和高可靠性。而在赤道坐標(biāo)系中赤緯角和時角在日地相對運(yùn)動中任何時刻的 具體值卻嚴(yán)格已知，同時赤道坐標(biāo)系和地平坐標(biāo)系都與地球運(yùn)動密切相關(guān)，于是通過天文三角形之間的關(guān)系式可以得到太陽和觀測者位置之間的關(guān)系。 (1) 視日運(yùn)動軌跡跟蹤 不論是采用極軸坐標(biāo)系統(tǒng)還是地平坐標(biāo)系統(tǒng)，太陽運(yùn)行的位置變化都是可以預(yù)測的， 通過數(shù)學(xué)上對太陽軌跡的預(yù)測可完成對日跟蹤。 跟蹤方案的設(shè)計(jì) 目前國內(nèi)外采用的跟蹤太陽的方法有很多，但不外乎三種方式 [9] (1)視日運(yùn)動軌跡跟蹤； (2)光電跟蹤； (3)視日運(yùn)動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合。變換構(gòu)件的形態(tài)，擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副的尺寸，演化成偏心輪機(jī)構(gòu)。以這種方式構(gòu)成的平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄 滑塊機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)等。 (2) 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可以通過以下方法演化成衍生平面四桿機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的傳動特點(diǎn)是主動曲柄和從動曲柄均以相同的角速度轉(zhuǎn)動，而連桿做平動。雙曲柄機(jī)構(gòu)，具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是當(dāng)主動曲柄連續(xù)等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄一般做不等速轉(zhuǎn)動。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，按照連架桿是否可以做整周轉(zhuǎn)動，可以將其分為三種基本形式，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。選定其中一個構(gòu)件作為機(jī)架之後，直接與機(jī)架鏈接的構(gòu)件稱為連架桿，不直接與機(jī)架連接的構(gòu)件稱為連桿，能夠做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動的構(gòu)件稱為搖桿。 平面四桿機(jī)構(gòu)原理 平面四桿機(jī)構(gòu)是由四個剛性構(gòu)件用低副鏈接組成的，各個運(yùn)動構(gòu)件均在同一平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)。該機(jī)械裝置主要采用機(jī)械傳動原理實(shí)現(xiàn)，用一對直齒輪傳動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)方位角的旋轉(zhuǎn)。 總體設(shè)計(jì)原理 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的自動跟蹤系統(tǒng)，它利用光電跟蹤原理，通過比較太陽能板中心 垂線與太陽光線的角度大小來控制信號的輸入。冬至?xí)r這個角為 23 度 27 分，然后逐漸增大，到春分時變?yōu)?0 并繼續(xù)增大，夏至?xí)r赤緯角最大 23 度 27 分，并開始減?。坏角锓謺r赤緯角又變?yōu)?0，并繼續(xù)減小，直到冬至，另一個變化周期開始。這種變化是周期性和可以預(yù)測的。論文的主要工作包括 : (l)分析太陽運(yùn)行規(guī)律及所處地理位置，大致確定設(shè)計(jì)極限； (2)機(jī)械部分也是實(shí)現(xiàn)跟蹤目的的關(guān)鍵，主要是機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和計(jì)算，裝配圖及其零件圖； (3)分析傳感器工作原理及設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換電路； (4)選取控制芯片 C51，分析系統(tǒng)的硬件需求，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)； (5)設(shè)計(jì)控制方案，步進(jìn)電動機(jī)以及驅(qū)動電路。目前，太陽跟蹤系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽的方法很多，但是不外乎采用如下兩種方式：一種是光電追蹤方式，另一種是根據(jù)視日運(yùn)動軌跡跟蹤；前者是閉環(huán)的隨機(jī)系統(tǒng)，后者是開環(huán)的程控系統(tǒng)。 2021 年 2 月美國亞利桑那大學(xué)推出了新型太陽能跟蹤裝置，該裝置利用控制電機(jī)完成跟蹤，采用鋁型材框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，大大拓寬了跟蹤器的應(yīng)用領(lǐng)域。 太陽追蹤系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在太陽能跟蹤方面，我國在 1997 年研制了單軸太陽跟蹤器 [7]，完成了東西方向的自動跟蹤，而南北方向則通過手動調(diào)節(jié)，接收器的接收效率提高了。這也是世界海拔最高、中國裝機(jī)容量最大的太陽能電站。 在聯(lián)網(wǎng)陽光電站建設(shè)方面，計(jì)劃 2020 年前建成 5 座 MW 級陽光電站。全國從事太陽能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達(dá) 1000 余家，年產(chǎn)值 20 億元。 我國由建設(shè)部制定的《建筑 節(jié)能“九五”計(jì)劃和 2021 年規(guī)則》中已將太陽能熱水系統(tǒng)列入成果推廣項(xiàng)目 [6]。印度也于 1997 年 12 月宣布，將在 2021 年前推廣 150 萬套太陽能屋頂系統(tǒng)。太陽能在能源發(fā)展中占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，據(jù)美國博士對世界一次能源替代趨勢 的研究結(jié)果表明，到 2050 年后，核能將占第一位，太陽能占第二位， 21 世紀(jì)末，太陽能將取代核能占第一位，很多國家對太陽能的利用加強(qiáng)了重視。目前，美國正在新建幾座新的太陽能電煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 站。 2021 年，美國光伏發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到 100 萬千瓦，排在日本和德國之后，居世界第 3 位。已用 4%的德國家庭利用了清潔環(huán)保、用之不竭的太陽能，估計(jì)每年可節(jié)約 億升取暖用油。這家太陽能發(fā)電廠投資7000 萬歐元，占地 77 萬平方米，發(fā)電總?cè)萘窟_(dá) 12 兆瓦，能為 3500 多個家庭供電。根據(jù)德國聯(lián)邦太陽能經(jīng)濟(jì)協(xié)會的數(shù)字，在過去的幾年中，德國太 陽能相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量增加了 5 倍，增速比其他國家平均水平高出一倍。 德國對太陽能資源的利用可追溯到 20 世紀(jì) 70 年代，現(xiàn)在德國已經(jīng)在太陽能系統(tǒng)的開發(fā)、生產(chǎn)、規(guī)劃和安裝等方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，發(fā)明了一系列高效的太陽能系統(tǒng)。太陽光能發(fā)電，是利用半導(dǎo)體硅等將光轉(zhuǎn)化為電能 。太陽能技術(shù)日益創(chuàng)新，能量轉(zhuǎn)換率不斷提高，成本也是新能源中最低的。 太陽能利用的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 日本是世界上太陽能開發(fā)利用第一大國，也是太陽能應(yīng)用技術(shù)強(qiáng)國 [4]。 基于當(dāng)今世界能源問題和環(huán)境保護(hù)問題已成為全球的一個“人類面臨的最大威脅的嚴(yán)重問題，本課題的目的是為了更充分的利用太陽能、提高太 陽能的利用率，而進(jìn)行太陽跟蹤系統(tǒng)的開發(fā)研究，這對我們面臨的能源問題有重大的意義。第二，大氣影響較大，給使用帶來不少困難。太陽能的利用有它的缺點(diǎn)：第一，能流密 度較低，日照較好的地面上 1平方米的面積所接受的能量只有 1 千瓦左右。第二，地球上無論何處都有太陽能，可以就地開發(fā)利用，不存煙臺 大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 在運(yùn)輸問題，尤其對交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)更具有利用的價值。太陽光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的產(chǎn)品很多，如熱水器、開水器、干燥器、采暖和制冷，溫室與太陽房，太 陽灶和高溫爐，海水淡化裝置、水泵、熱力發(fā)電裝置及太陽能醫(yī)療器具。其它地區(qū)的太陽年輻射總量居中。全國以四川和貴州兩省的太陽年輻射總量最小，其中尤以四川盆地為最