【正文】 選擇 該支承根據(jù)工作條件決定選用深溝球軸承，軸承徑向載荷Fr=1500N，軸向載荷Fa=5500N，軸承轉(zhuǎn)速n=300r/min，裝軸承處的軸頸直徑大約為30mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊，預(yù)期計(jì)算壽命Lh=5000h。σ =F/S=σs = 353MPa。材料的截面積為：S=πr178。又45鋼是塑性材料，所以，要用屈服極限σs來(lái)校核。軸的材料選擇45鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖21所示。 許用接觸應(yīng)力 (29)驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力 (210)計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無(wú)需調(diào)整。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)107＜NL＜109 （27）原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。查文獻(xiàn)[8]。載荷系數(shù)K K=KAKVKHδKHβ (26) ==查文獻(xiàn)[8]。 查文獻(xiàn)[8] 。齒頂高 （22）齒根高 （23）齒高 （24）(三) 校核計(jì)算查文獻(xiàn)[8]＝。大齒輪直徑 ，取d2=405mm。初選齒輪齒數(shù)Z1=25，分度圓螺旋角=10度，則齒輪齒數(shù)Z2=iZ1=425=100。(二) 尺寸計(jì)算初選模數(shù)m=4mm,中心距a=260，轉(zhuǎn)動(dòng)比i=4。太陽(yáng)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 10095—88）。2 機(jī)械設(shè)計(jì)部分 太陽(yáng)能自動(dòng)追光系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方案，并對(duì)齒輪、底座、軸承、中心軸、軸承等重要部件的材料選擇，尺寸計(jì)算進(jìn)行分析校核，對(duì)機(jī)械部分的抗風(fēng)性進(jìn)行系統(tǒng)分析。如果太陽(yáng)光線(xiàn)垂直照射太陽(yáng)能電池板時(shí)，那么兩個(gè)光敏電阻接收到的光照是同樣的，因此它們的阻值是相同的，此時(shí)電機(jī)是不轉(zhuǎn)動(dòng)的。光敏電阻被選為本設(shè)計(jì)的光敏器件。并且,用儀器底部的水平準(zhǔn)直儀將底面與地面保持水平,使儀器的高度角處在地面的水平面內(nèi)。必須要求在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工精度中有足夠高的生產(chǎn)。因此，可以看出，跟蹤的解決方案，無(wú)論是什么算法，這種算法的過(guò)程是非常復(fù)雜的，隨著計(jì)算量的增大會(huì)增加系統(tǒng)成本。然后控制系統(tǒng)根據(jù)太陽(yáng)的軌跡角每分鐘改變驅(qū)動(dòng)信號(hào),實(shí)現(xiàn)跟蹤裝置二維旋轉(zhuǎn)角度和方向的變化。在全球定位系統(tǒng)（GPS）的應(yīng)用中，可以為系統(tǒng)提供高精度的地理經(jīng)度和緯度,以及本地時(shí)間，控制系統(tǒng)則根據(jù)提供的地域和時(shí)間參數(shù)來(lái)確定即時(shí)的太陽(yáng)位置，確保準(zhǔn)確的定位和跟蹤系統(tǒng)高精度及高靠性。而且在一天中的任何時(shí)刻,赤道坐標(biāo)系中赤緯角和時(shí)角在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中具體角度卻是嚴(yán)格已知，在同一時(shí)間,赤道坐標(biāo)系和水平坐標(biāo)系統(tǒng)是密切相的與地球運(yùn)動(dòng)相關(guān)，然后通過(guò)天文三角形之間的關(guān)系式可以得到太陽(yáng)和觀(guān)察者的位置之間的關(guān)系。所以該跟蹤裝置只能在一定的角度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的跟蹤，其跟蹤范圍與鏡筒的結(jié)構(gòu)有關(guān)。傳感器精度的高低決定了系統(tǒng)的位置的精度，所以很容易實(shí)現(xiàn)高精度的跟蹤裝置。圖17 鏡筒結(jié)構(gòu)光電池透鏡光軸從理論上講，筒越長(zhǎng)，光電池靈敏度的系數(shù)就越高，但是筒長(zhǎng)度與透鏡之間的參數(shù)也有存在關(guān)系，不可能沒(méi)有限制增長(zhǎng)。安全、可靠是測(cè)量跟蹤裝置的必要問(wèn)題，該設(shè)備采用V象限的主測(cè)光電池的方法進(jìn)行光強(qiáng)度的測(cè)量和判斷，使設(shè)備在晚間停止工作。當(dāng)太陽(yáng)光與光軸形成某一角度時(shí)，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)透鏡照射到5枚光電池時(shí),所形成的光斑將會(huì)發(fā)生偏移，在這樣條件下,光斑不能完全覆蓋在光電池上，所以生成的光電流不全相同。為了精確測(cè)量，在光電池前面放置可調(diào)節(jié)的光學(xué)鏡筒，把凸透鏡放在鏡筒前，透鏡安裝在鏡筒的外側(cè)邊緣，如圖17中示出。 II III I IV圖16 五象限光電轉(zhuǎn)換器原理在上述5個(gè)象限中為跟蹤定位測(cè)向象限，V象限為主測(cè)象限。在半徑為R /2的小圓外面包圍一個(gè)半徑為R的大圓，將兩圓之間的圓環(huán)分為四個(gè)象限?？刂撇糠种饕墙邮軄?lái)自位置檢測(cè)到的微弱信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大后送到跟蹤頭，其實(shí)跟蹤頭為跟蹤裝置的執(zhí)行元件。15中所示的跟蹤系統(tǒng)的框圖。簡(jiǎn)單介紹一下這兩種跟蹤方案。小齒輪2帶動(dòng)齒圈和太陽(yáng)能板工作，通過(guò)馬達(dá)1和馬達(dá)2的共同努力完成對(duì)太陽(yáng)的方位角和高度角跟蹤。把齒輪連接到主軸上，將主軸固定安裝在支架上，在主軸前端的板上將馬達(dá)2安裝，馬達(dá)2的輸出軸與小齒輪2相嚙合，小齒輪2與齒圈是嚙合的，齒圈連接著太陽(yáng)能板，在主軸上將旋轉(zhuǎn)框架安裝。它的結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較高,傳動(dòng)裝置安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)架下，受到了良好的保護(hù)，有利于提高它的壽命。aAE12CF1E2D1馬達(dá) 2馬達(dá) a接收器 A主軸 C支架 D轉(zhuǎn)動(dòng)架 E1大齒輪 E2小齒輪 F底座圖13 立柱轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：該跟蹤機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。在轉(zhuǎn)動(dòng)架上將馬達(dá)1固定好，在主軸上將轉(zhuǎn)動(dòng)架與支架都固定好，將接收器、馬達(dá)2相繼安裝在支架的上面，馬達(dá)2的輸出軸與接收器相互連接 [3]。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)空間是很大的。 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：該跟蹤機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。(二) 齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)式跟蹤器aⅡ21ⅠDB2B1A1馬達(dá) 2馬達(dá) Ⅰ小齒輪 Ⅱ小齒輪 a接收器 A主軸 B1齒圈 B2齒圈 D轉(zhuǎn)動(dòng)架圖12 齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤器該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)：馬達(dá)1的輸出軸與小齒輪Ⅰ連接并將馬達(dá)1固定在支架上，小齒輪Ⅰ與齒圈B1相嚙合且齒圈B1連接到安裝在支架上的主軸，而馬達(dá)2安裝在主軸前部的一塊板上，馬達(dá)2的輸出軸連接小齒輪Ⅱ，小齒輪Ⅱ與連接著轉(zhuǎn)動(dòng)架的齒圈B2嚙合，且轉(zhuǎn)動(dòng)架安裝在主軸上[2]。結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)空間是很大的。追蹤在兩個(gè)方向上，使用蝸桿和蝸輪副傳動(dòng)，傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，可以使用小功率電動(dòng)機(jī)，且同一時(shí)間，使用小功率電動(dòng)機(jī)，不僅降低能源成本和制造成本，而且提供足夠的電力。 跟蹤器朝向安裝有很多種選擇，根據(jù)圖中所示的安裝，跟蹤器執(zhí)行的原則如下：當(dāng)太陽(yáng)的光線(xiàn)偏離發(fā)生時(shí)，所述控制部分會(huì)發(fā)出的信號(hào)，此信號(hào)會(huì)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)2帶動(dòng)傳動(dòng)箱Ⅱ中的蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)接收器輸出相對(duì)于支撐環(huán)旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽(yáng)從東到西的運(yùn)動(dòng)，在同一時(shí)間，控制部分發(fā)出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1帶動(dòng)傳動(dòng)箱Ⅰ中的蝸桿和蝸輪的旋轉(zhuǎn)，第二次輸出帶動(dòng)環(huán)支撐架和接收器旋轉(zhuǎn)，跟蹤太陽(yáng)北部和南部方向的運(yùn)動(dòng)，從而最終實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的太陽(yáng)跟蹤。(一) 陀螺儀式跟蹤器12aBCⅡⅠ北 南東 北1馬達(dá) 2馬達(dá) Ⅰ傳動(dòng)箱 Ⅱ傳動(dòng)箱 a接收器 B環(huán)形支架 C支架圖11 陀螺儀式跟蹤器跟蹤器所具有的結(jié)構(gòu):傳動(dòng)箱Ⅰ安裝在支架上,并將其固定；馬達(dá)1安裝在傳動(dòng)箱Ⅰ上，傳動(dòng)箱Ⅰ的內(nèi)部是由蝸桿、蝸輪組成的運(yùn)動(dòng)副，馬達(dá)1輸出軸連接蝸桿，環(huán)形支架安裝在支架上面(環(huán)形支架相對(duì)于支架可以轉(zhuǎn)動(dòng))，傳動(dòng)箱Ⅰ的輸出軸連接環(huán)形支架，傳動(dòng)箱Ⅱ固定安裝在環(huán)形支架上，馬達(dá)2安裝在傳動(dòng)箱Ⅱ上，傳動(dòng)箱Ⅱ內(nèi)也是由蝸桿、蝸輪組成的運(yùn)動(dòng)副。夏至?xí)r赤緯角最大為23度27分，并開(kāi)始減小；到秋分時(shí)赤緯角又變?yōu)?，并繼續(xù)減小；冬至?xí)r這個(gè)角為23度27分，然后逐漸增大，到春分時(shí)變?yōu)?并繼續(xù)增大，直到夏至，另一個(gè)變化周期開(kāi)始。因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)和地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，使太陽(yáng)相對(duì)于地面物體是運(yùn)動(dòng)的。此裝置利用廣泛，可在太陽(yáng)能發(fā)電站、太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能熱水器等方面使用。因此，本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)循日的智能型太陽(yáng)能追光系統(tǒng)，使太陽(yáng)能利用裝置最大程度的提高太陽(yáng)能的利用率。于是，合理開(kāi)發(fā)并提高太陽(yáng)能的利用率具有非常重要的意義。 the control part design is the automatic control system based on single chip, using photoelectric detection tracking mode, with the mechanical device to make the system more stable, improve the system tracking accuracy.Key words: Solar Energy；Solar Tracking；Stepper Motor；SCM引言隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，自然資源被人為的任意開(kāi)發(fā)和利用，面臨枯竭的境地，人類(lèi)的生活環(huán)境在大量自然資源使用過(guò)程中面臨巨大的威脅，由于人類(lèi)對(duì)自然資源的需求越來(lái)越高，因此，尋找可替代的新能源成為當(dāng)務(wù)之急。本文對(duì)太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì)，機(jī)械部分分設(shè)計(jì)主要是通過(guò)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)2的共同工作實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的跟蹤；控制部分設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用光電檢測(cè)追蹤模式，配合機(jī)械裝置使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的追蹤精度。目 錄摘要 1關(guān)鍵詞 1Abstract 1Key words 1引言 21 太陽(yáng)能自動(dòng)追光系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 3 太陽(yáng)運(yùn)行的規(guī)律 3 跟蹤器機(jī)械執(zhí)行部分比較選擇 3 本課題的機(jī)械設(shè)計(jì)方案 5 跟蹤方案的比較選擇 6 本設(shè)計(jì)的跟蹤方案 8 太陽(yáng)能自動(dòng)追光系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方案 8 齒輪的選擇 8 底座的設(shè)計(jì) 10 中心軸的選擇 11 軸承的選擇 11 抗風(fēng)性分析