二维跟踪太阳光伏发电装置设计(双摇杆式)

1、单位代码 0 2 学 号 080105507 分 类 号 TH6 密 级 毕业设计说明书二维跟踪光伏发电装置设计（双摇杆式） 院（系）名称 工学院机械系 专业名称机械设计制造及其自动化 学生姓名毕凯 指导教师李安生 2012 年 5 月 15 日 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页I二维跟踪太阳光伏发电装置设计（双摇杆式）二维跟踪太阳光伏发电装置设计（双摇杆式）摘要摘要在太阳能产业上，二维跟踪装置有着独到的作用，本文主要针对太阳能产业太阳能电池板的太阳能追踪设计了二维跟踪装置，实现跟踪的自动化。增加了太阳能利用率。 该太阳能产业生产二维跟踪装置实现了自动追踪、复位等功能并实现了高效率太阳能转

2、化的目的。为了现实这些动作，采用部件设计，分别实现这些动作。控制系统把各个部件的独立运动协调起来，形成了一个有规则运动系统。各个部件的联接，先造出一个合格的机械本体，把各个部件安装在机械本体上，形成一个机器。关键词： 太阳能；接近开关；步进电机。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页II2 dimensions trail installation design Author: Tutor: Abstract In the estate of sun energy , 2 dimensions trail installation have original role, this paper

3、tracks mainly according to the sun energy of the industrial cell panel of sun energy of sun energy, have designed 2 dimensions to trail installation, realize the automation that trailed. Have increased the utilization rate of sun energy. It is tracked voluntarily that this sun energy is industrial t

4、o produce 2 dimensions to trail installation to realize , the functions such as reset the purpose that has realized the efficient transformation of sun energy. For these realistic movements, with parts, design and difference realize these movements. Control system coordinates the independent sport o

5、f every parts , have formed one have regular sport system. The coupling of every parts makes a acceptable mechanical body first, install every parts in mechanical body on, form a machine. Keywords: Sun energy; Is close to switch; Walk into generator. 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页III目录1 1 绪论绪论 .1 12 2 总体方案设计总体方

6、案设计 .5 52.1 总体设计的思路 .52.2 总体设计方案的采用 .53 3 传动机构设计传动机构设计 .8 83.1 电机的计算与选型 .83.2 减速齿轮的设计计算 .153.3 接近开关的选型 .183.4 电池组板框架结构设计 .213.5 俯仰角的跟踪 .224 4 二维跟踪装置构主要零部件的校核二维跟踪装置构主要零部件的校核 .23234.1 轴承的选取及校核 .234.1.1 轴承的轴向固定.234.1.2 轴承组合的调整.244.1.3 轴承的润滑和密封.244.1.4 轴上零件的周向定位.244.2 轴的设计及校核 .264.3 齿轮的校核 .29结论结论 .3232致

7、谢致谢 .3333参考文献参考文献 .3434 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页11 绪论太阳能（Solar Energy） ，一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。太阳能能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种

8、植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、等也都是由太阳能转换来的。 地球本身蕴藏的能量 通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。 原子核反应有关的能源正是核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还

9、可以用作其它类型的动力源、热源等。 全世界的潮汐能折合成煤约为每年 30 亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约可折合为 6000 万吨煤。 太阳能利用基本方式可以分为如下 4 大类。 太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于太阳。太阳能的利用 间接利用太阳能：化石能源（光能-化学能）生物质能（光能-化学能） 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页2直接利用太阳能：集热器（有平板型集热器、聚光式集热器） （光能-内能）太阳能电池：（光能-电能）一般应用在人造卫星、宇宙飞船、打火机、手表等方面。 中材联建建材技术研究中心

10、是中国民用太阳能发电的首家科研单位，该单位已经掌握了太阳能发电的核心技术，爱迪阳光万用太阳能是其最新研发的节能型产品。据有关部门统计表面，太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为 1369w/。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达 173000TW。在海平面上的标准峰值强度为 1kw/m2，地球表面某一点 24h 的年平均辐射强度为 0.20kw/，相当于有102000TW 的能量，人类依赖

11、这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外） ，虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。 尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的二十二亿分之一，但已高达 173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于 500 万吨煤，每秒照射到地球的能量则为 49940000000 焦。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、

12、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页3太阳能分类太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料（例如硅）制成的固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可

13、为房屋提供照明，并入电网供电。光伏板 组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电能。近年，天台及建筑物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。 据调研显示由于产能过剩导致全球 5 大制造商利润缩水，2012 年光伏组件安装量将有所减少，这是 10 余年来首次出现下降。据彭博 6 位分析师的平均预测全球家庭与商业机构将安装 24.8GW 的光伏组件。这相当于约 20 座核反应堆的发电量，但与去年新增 27.7GW 的光伏装机量相比下降 10%。据彭博新能源财经估计，自 1999 年以来年均安装量已增长 61%。 据彭博

14、新能源财经预计，今年光伏组件产能将跃居 38GW，比需求量平均预测高出 53 个百分点。这家位于伦敦的研究机构预计今年安装量将下滑至 24.6GW。 产能过剩使最大的光伏制造商拥有高达 30%利润率的日子消失殆尽。天合光能 2月 23 日表示其 2011 年四季度毛利率为 7.1%，较一年前下跌 31%。尚德也表示其四季度毛利率已从 17%跌至 9.9%。 今年中国光伏装机量有望实现翻番，并消化富余产量。尚德与天合光能 1 月表示，今年中国将新增 4 至 5GW 的装机量，而 2011 年为 2.2GW。 中国第三大组件制造商天合光能预计今年出货量将增至 2.1GW，涨幅达 39%。英利绿色能

15、源控股有限公司预计今年出货量将高达 2.5GW，较 2011 年增长 56%。尚德电力昨日表示，出货量可能将达到 2.5GW，涨幅达 19%。 太阳热能现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页4本毕业设计课题的主要目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和专业基本技能分析和解决实际问题，训练初步工程设计的能力。根据机械设计、制造及其自动化专业的特点，着重地培养以下几方面能力：

16、1调查研究、中外文献检索、阅读与翻译的能力；2综合运用基础理论、专业理论和知识分析解决实际问题的能力；3查阅和使用专业设计手册的能力；4设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机进行绘图的能力；5撰写设计说明书（论文）的能力。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页52 总体方案设计2.1 总体设计的思路在确定太阳能产业生产二维跟踪装置设计方案前，必须对太阳能产业生产二维跟踪装置设计基本步骤及其基本原则，使设计的方案更合理设计太阳能产业生产二维跟踪装置大体上可分为两个阶段： 一、系统分析阶段 1、根据系统的目标，明确所采用太阳能产业生产二维跟踪装置的目的和任务。 2、分析太阳能产业生产二维跟踪装置所

17、在系统的工作环境。 3、根据太阳能产业生产二维跟踪装置的工作要求，确定太阳能产业生产二维跟踪装置的基本功能和方案。如太阳能产业生产二维跟踪装置的自由度、所能承载的重量、容许的运动范围、以及对温度、震动等环境的适应性。 二、技术设计阶段 1、根据系统的要求选择太阳能产业生产二维跟踪装置的结构形式 2、拟订太阳能产业生产二维跟踪装置的作业方式。3、确定驱动系统的类型。 4、计算动力元件的功率及校核受力件的承载能力。 5、选择个部件的具体集体够，进行太阳能产业生产二维跟踪装置总装图的设计。 6、绘制太阳能产业生产二维跟踪装置的零件图，并确定尺寸。2.2 总体设计方案的采用在太阳能产业上，二维跟踪装置

18、有着独到的作用，本文主要针对太阳能产业太阳能电池板的太阳能追踪设计了二维跟踪装置，实现跟踪的自动化。增加了太阳能利用率。 该太阳能产业生产二维跟踪装置实现了自动追踪、复位等功能并实现了高效率太阳能转化的目的。为了现实这些动作，采用部件设计，分别实现这些动作。控制系统 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页6把各个部件的独立运动协调起来，形成了一个有规则运动系统。各个部件的联接，先造出一个合格的机械本体，把各个部件安装在机械本体上，形成一个机器。项目分析方案如下：由于设计目标是太阳能光线垂直度大于 80% ，也就是说天阳能电池板极限位置和太阳能光线角度大于 72电池板面积确定：按 100W 板 1

19、.33*0.55 的尺寸 1KW=7.315 平方米按 200W 板 1.58*0.80 的尺寸 1KW=6.3832 平方米。这个还是跟天气相关的，下表为郑州气候情况：降雨日平均每月 5 天，降雨率为 16%，平均日照强度为 150Wm2(瓦每平方米)本设计中选用 8 平方米综合考量跟踪装置后设计面板尺寸为 2 米*4 米双摇杆尺寸为 2.5 米，摆杆支点距离为 4.5 米，模拟发现极限位置与太阳能光线夹角为 77，大于设计要求的 72，故方案可行。方案图形如下： 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页7 图 1、机构方案具体机构如下：图 2、具体机构设计 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页

20、83 3 传动机构设计传动机构设计3.1 电机的计算与选型步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上 步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好 步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业

21、知识。 感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。 （必须采用双极电压驱动） ，而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为 C=,D=.一个二相电机的内部绕组与四

22、相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相） ，这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号,加以放大以驱动步进电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页9典型的步进电机驱动控制系统主要由三部分组成： 1. 步进控制器，由单片机实现。 2驱动器，把单片机输出的脉

23、冲加以放大，以驱动步进电机。 3步进电机。 现以三相六拍为例： 步 序 控 制 位 C B A 控制模型 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H AB 1 1 1 1 1 0 1 1 FBH B 1 1 1 1 1 0 1 0 FAH BC 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH C 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH CA 1 1 1 1 1 1 0 1 FDH 以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型。因此，步进驱动控制器实际上就是按上述的控制方式所规定的顺序送脉冲序列，即可实现驱动步进电机三相六拍方式的转动。输入顺序脉冲序列的速率就

24、是步进电机的速率。使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流） 。平均电流越大电激励矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。感应子式步进电机：1、特点： 感应子式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因

25、永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式某种程度上可以看作是低速同步的电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。 （必须采用双极电压驱动） ，而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页10行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相） ，这样使用时，既

26、可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG 为感应子式步进电机代号） 、57BYG、86BYG、110BYG、 （国际标准） ，而像 70BYG、90BYG、130BYG 等均为国内标准。 3、步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极 N、S 磁场的激磁线圈对数。常用 m 表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即 AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方

27、式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用 表示。=360 度（转子齿数 J*运行拍数） ，以常规二、四相，转子齿为 50 齿电机为例。四拍运行时步距角为 =360 度/（50*4）=1.8 度（俗称整步） ，八拍运行时步距角为 =360 度/（50*8）=0.9 度（俗称半步） 。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的） 静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安

28、匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。 4、动态指标及术语： 1、步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在 5%之内，八拍运行时应在 15%以内。 2、失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。 3、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页114、最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电

29、压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。 5、最大空载的运行频率： 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 6、运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如下图所示： 其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流） ，平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。 如下图所示： 其中，曲线 3 电流最大、或电压最高;曲线 1 电流最小、或电

30、压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。 要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。 7、电机的共振点：步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式的共振区一般在 180-250pps 之间（步距角 1.8 度）或在 400pps 左右（步距角为 0.9 度） ，电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。 8、电机正反转控制： 当电机绕组通电时序为 AB-BC-CD-DA 或()时为正转，通电时序为 DA-CD-BC-AB 或()时为反转。（一） 等效

31、转动惯量计算计算简图见图 1-3。传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量可由下2()Jkg cm式进行计算：201122()()2MSLzGJJJJJzg式中 步进电机转子转动惯量；J2()kg cm ，传动滚轴的转动惯量；1J2J2()kg cm 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页12 3421110.78 100.0028JdLkg cm 3422220.78 100.021JdLkg cm 3420.78 101450.035sJkg cm 98GN代入上式：201122()()2MSLzGJJJJJzg =20.048kg cm 考虑步进电机与传动系统惯量匹配问题。 /0.024MJJ

32、满足惯量匹配的要求。（二） 电机力矩的计算二维跟踪装置在不同的工况下，所需转动力矩不同，下面分别按各阶段进行计算。1、 起动力矩M起在起动阶段，加速力矩占的比例较大，具体计算公式如下： max0afMMMM起 22maxmaxmax2101060602aaannMJJJtt maxmax0360bpVn上式中传动系统折算到电机轴上的总等效转动惯量J2()kg cm 电机最大角加速度2(/)rad s 电机最大转速maxn( /min)r 运动部件最大快进速度maxV(/min)mm 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页13 脉冲当量（）p/mm 步 步进电机步距角b( )o 运动部件从停止起动

33、加速到最大速度所需时间at ( ) s maxmax0360bpVn180001.57500( /min)0.01360r起动加速时间60atms 22maxmaxmax2101060602aaannMJJJtt9.675Ncm摩擦力矩()fMNcm 002fF LMi上式中导轨的摩擦力0F ()N /012Ff G 导轨摩擦系数/, f f 运动部件总重量G ()N 传动链总效率，一般取 0.7 0.85/012Ff G7.34N折算到电机上的摩擦力矩()fMNcm 002fF LMi0.32Ncm附加摩擦力矩0M 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页1420000(1)2PF LMi式 2

34、0000(1)2PF LMi 0202113(1)2mFlzz 0.026Ncm折算到电机轴上的轴向负载力矩tM =002ttFlMiNcm上述三项合计： max0afMMMM起 10.27Ncm2、回位所需力矩M回 0fMMM回 0.76Ncm 从上面计算可以看出，两种工况下，以快速起动所需力矩最大，以M起M回此项作为初选步进电机的依据。 从数控机械课程设计指导书表 4-24 查出，当步进电机为三相六拍时 max0.831qjMM最大静力矩=maxjM10.27Ncm设计所选电机为 100W,以太阳能光伏发电为负载驱动后，发电机在太阳强度 150W/M2(郑州平均日照水平)正常情况下，仍然可

35、以提供 1KW 以上的功率输出，符合设计要求。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页153.2 减速齿轮的设计计算1）材料及热处理；选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。2）精度等级选用 7 级精度；3）试选小齿轮齿数 z120，大齿轮齿数 z2680 的；4）选取螺旋角。初选螺旋角 14因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算按式（1021）试算，即 dt 3212HEHdtZZuuTK5）确定公式内的各计算数值（1） 试选 Kt1.6（2） 选取区域系数 ZH2

36、.433（3） 选取尺宽系数 d1（4） 查得 10.75，20.87，则 121.62（5） 查得材料的弹性影响系数 ZE189.8Mpa（6） 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限 Hlim2550MPa；（7） 计算应力循环次数N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64107（8） 查得接触疲劳寿命系数 KHN10.95；KHN20.98（9） 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1，安全系数 S1，由式（1012）得 H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa

37、HH1H2/2554.5MPa 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页166）计算（1）试算小齿轮分度圆直径 d1td1t 32112HEHdtZZuuTK=67.853235 .5548 .189433. 25662. 11101911.62（2）计算圆周速度v=0.68m/s10006021ndt10006085192.67（3）计算齿宽 b 及模数 mntb=dd1t=167.85mm=67.85mmmnt=3.3911coszdt2014cos85.67。h=2.25mnt=2.253.39mm=7.63mmb/h=67.85/7.63=8.89（4）计算纵向重合度 =0.3181tan

38、14 =1.59tan318. 01z。（5）计算载荷系数 K 已知载荷平稳，所以取 KA=1根据 v=0.68m/s,7 级精度，由图 108 查得动载系数 KV=1.11；由表 104 查的 KH 的计算公式和直齿轮的相同，故 KH=1.12+0.18(1+0.61 )11 +0.231067.85=1.42223查得 KF=1.36查得 KH=KH=1.4。故载荷系数 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页17 K=KAKVKHKH=11.031.41.42=2.05（6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式得 d1=mm=73.6mm31/ttKKd36 . 1/05. 285.6

39、7（7）计算模数 mn mn =mm=3.7411coszd20cos146 .73。2齿根弯曲强度设计由式(1017) mn 3212cos2FSaFadYYzKTY1）确定计算参数（1）计算载荷系数K=KAKVKFKF=11.031.41.36=1.96（2）根据纵向重合度 =0.318dz1tan=1.59，查得螺旋角影响系数 Y0。88（3）计算当量齿数z1=z1/cos =20/cos 14 =21.8933。 z2=z2/cos =100/cos 14 =109.4733。（4）查取齿型系数查得 YFa1=2.724；Yfa2=2.172（5）查取应力校正系数查得 Ysa1=1.5

40、69；Ysa2=1.798 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页18（6）计算FF1=500MpaF2=380MPaKFN1=0.95KFN2=0.98F1=339.29MpaF2=266MPa（7）计算大、小齿轮的并加以比较 FSaFaYY=0.0126 111FSaFaYY29.339569. 174. 2=0.01468 222FSaFaYY266798. 1172. 2 大齿轮的数值大。2）设计计算mn=2.432201468. 062. 120119188. 014cos96. 12mn=2.53.3 接近开关的选型本设计中要求二维跟踪装置在太阳下山后，进行系统恢复初始位置，所以需要

41、一个接近开关作为信号。电感式接近开关由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页19接近传感器可以在不与目标物实际接触的情况下检测靠近传感器的金属目标物。根据操作原理，接近传感器大致可以分为以下三类：利用电磁感应的高频振荡型，使用磁铁的磁力型和利用电容变化的电容型。（一） 高频振荡型接近传感器的工作原理电感式接近传感器由高频振荡、检波、放

42、大、触发及输出电路等组成。振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。下面为详细介绍：1、通用型接近传感器的工作原理目标物高频磁场振幅检测电路输出电路CL图 41振荡电路中的线圈 L（如图 41）产生一个高频磁场。当目标物接近磁场时，由于电磁感应在目标物中产生一个感应电流（涡电流） 。随着目标物接近传感器，感应电流增强，引起振荡电路中的负载加大。然后，振荡减弱直至停止。传感器利用振幅检测电路检测到振荡状态的变化，并输出

43、检测信号。振幅变化的程度随目标物金属种类的不同而不同，因此检测距离也随目标物金属的种类不同而不同。2、 所有金属型传感器的工作原理所有金属型传感器基本上属于高频振荡型。和普通型一样，它也有一个振荡电路，电路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率。目标物接近传感器时，不论目标物金属种类如何，振荡频率都会提高。传感器检测到这个变化并输出检测信号。3、 有色金属型传感器工作原理 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页20有色金属传感器基本上属于高频振荡型。它有一个振荡电路，电路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率的变化。当铝或铜之类的有色金属目标物接近传感器时，振荡频

44、率增高；当铁一类的黑色金属目标物接近传感器时，振荡频率降低。如果振荡频率高于参考频率，传感器输出信号。（二） 主要技术参数目前市场上的主要产品有以下几中： 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页21在本设计中我们选用 XL-LJM8 短圆圆柱电感式接近开关。3.4 电池组板框架结构设计太阳能电池框架结构设计，太阳能电池板重量较轻，结果规则，本设计采用扁钢焊接成电池板框架，将太阳能电池板有规律的安装在框架上，进行并联连接。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页22具体方案连接方式如下：3.5 俯仰角的跟踪本设计中俯仰角的跟踪由太阳光传感器为信号采集器，通过 PLC 控制步进电机，确保二维跟踪装置太

45、阳能面板和太阳光线垂直。太阳光传感器有如下特性：1. 太阳传感器。它可识别水平，垂直各 360 度。太阳所在的位置，识别，阴天，多云天，半阴天，晴天及晚上白天。跟踪方位识别。 2. 识别电路处理和侍服驱动。采用数字芯片完成以上各信息的处理。可侍服各种普通电机，步进电机。整机功耗电流 3mA，芯片工作电压 5V。 国际先进的太阳跟踪设备，采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定。 3. 电路原理、设备技术复杂。智能太阳跟踪仪采用识别理论技术，电路简单元件少，没有经纬度和数据信息的理论。一年四季太阳运行的路线不用考虑。太阳从哪个方向升起，到哪个方向落下，它都会准确无误的识别太阳升起和

46、落下的位置。如果把他安放在行走的车或船上，不论向何方行驶，跟踪仪都能正对太阳。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页23 4 二维跟踪装置构主要零部件的校核4.1 轴承的选取及校核4.1.1 轴承的轴向固定为了使轴和轴上零件在及其中有确定的位置，以防止轴系的轴向窜动，轴承必须作轴向固定，同时还应从结构上保证在工作温度变化时轴系能自由伸缩，以免轴承承受过大的附加载荷或被卡死。常见的轴向固定方式方式有两种28。1）两端单向固定这种轴承利用轴肩顶住轴承内圈、轴承盖顶住轴承外圈，每个支承各限制轴系单方向轴向移动，两个支撑组合使轴系位置固定。为补偿轴的受热伸长，在一端轴承盖与外圈端面之间应留有热补偿间隙

47、 0.25-0.4mm。热补偿间隙值可在装配时通过增减轴承盖与箱体间调整垫片的厚度来获得。这种形式结构简单，安装方便，但仅适用于跨距较小、温度变化不大的轴。2）一端双向固定，一端游动这种轴承采用深沟球轴承，左端轴承为固定支撑，其内外圈均作双向固定，可承受双向轴向载荷；右端轴承为游动支撑，其内圈作双向固定，外圈与轴承盖之间留有适当间隙，外圈两侧均未固定，其外径与座孔为间隙配合，轴承可在座孔中轴向移动，当温度变化时轴可以自由伸缩。显然，游动支撑不能承受并传递轴向载荷。这种结构形式适于温度变化较大的长轴。不论采用那种固定方式，轴承组合的固定都是根据具体情况通过轴承内圈与轴、外圈与轴承座孔的轴向固定方

48、式来实现的。内圈与轴的轴向固定其原则及方法均与一般轴系零件相同；外圈与轴承座孔的轴向固定可利用轴承盖。孔用弹性挡圈、轴承座空的凸肩、套筒的凸肩以及他们的组合来实现，具体选择时要考虑轴向载荷的大小和方向、转速高低、轴承的类型及支撑的固定形式等情况。3）两端游动支承 对于一对人字齿轮轴，由于人字齿轮本身的相互轴向阳位作用，它们的轴承内外圈的轴向紧固应设计成只保证其中一根轴相对机座有固定的轴向位置，而另一根轴上的两个轴承都必须是游动的，以防止齿轮卡死或人字齿的两侧受力不均匀。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页24轴承游隙及轴上零件位置的调整 。圆锥齿轮或蜗杆在装配时；通常需要进行轴向位置的调整。

49、为了便于调整，可将确定其轴向位置的轴承装在一个套杯中，套杯则装在外壳孔中。通过增减套杯端面与外壳之间垫片的厚度，即可调整圆锥齿轮或蜗杆的轴向位置。4.1.2 轴承组合的调整1）轴承间隙的调整为确保轴承正常运转，一般要留有适当的轴承间隙。装配时常用两种方法调整轴承间隙：一种是靠增减调整垫片厚度调整轴承间隙；另一种是利用调整螺钉通过轴承外圈压盖 2 来移动轴承外圈的位置以调整轴承间隙，调整之后，用螺母锁紧防松。2）轴系轴向位置的调整调整轴系轴向位置的目的是保证轴上某些零件获得准确的工作位置。要求两分度圆锥顶重合才能保证其正确啮合。轴承的预紧是指其轴向预紧。对某些可调游隙式轴承在安装时给予一定的轴向

50、预紧力。使内外圈产生相对位移，消除轴承游隙，并在套圈和滚动体接触处产生一定的弹性预变形，借此提高轴的旋转精度和轴承组合的刚性，减少振动和噪声。预紧力可以利用在轴承外圈之间加金属垫片或将外圈磨窄等方法获得。轴承的配合是指内圈与轴颈、外圈与轴承座孔的配合。由于轴承是标准件，故规定轴承内圈与轴颈的配合取基孔制。外圈与座孔的配合取基轴制。4.1.3 轴承的润滑和密封轴承润滑的主要目的是减少摩擦与磨损，同时也起冷却、防锈、吸振和减少噪声等作用。轴承中使用的润滑剂主要是润滑脂和润滑油。4.1.4 轴上零件的周向定位凡是与轴一起传递转矩的轴上零件均需与轴作周向固定。常用的周向固定方法有键连接、花键联接、过盈

51、配合联接和紧钉联接等。选择固定方式时应根据所传递的转矩的大小和性质、对中精度要求等因素来决定。1） ,选取键的长度为 180mm。轴深为 11mm。同时为了保证榨油装置有良1832hb好的对中性。故选择螺旋机构于轴之间的配合为 H7/h6。 2），选取键的长度为 70mm。轴深为 11mm。同时为了保证榨油装置有良好1832hb的对中性。故选择压榨螺旋与轴之间的配合为 H7/h6。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页25同样联轴器与轴的联接，选用平键为，选取平键长度为 72联轴器1628hb与轴的配合为 H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过度配合来保证的此处选轴的尺寸公差分别为圆锥滚子轴

52、承 k6,圆柱滚子轴承 m6。3）确定轴上圆角和倒角尺寸，参考机械设计27表 15-2 选取倒角如图 4-5，各个轴间的圆角如下图，未注倒圆角一律 R2。本设计选用：3530 双列向心球面滚子轴承轴承的校核1）径向力5 .1682121VHrFFF1）派生力，NYFFrAdA7 .522NYFFrBdB7 .5222）轴向力由于，dAdBaFNFF7 .2757 .522231所以轴向力为，223aAF7 .52aBF3）当量载荷由于，eFFrAaA32. 1eFFrBaB31. 0所以，。4 . 0AX6 . 1AY1BX0BY由于为一般载荷，所以载荷系数为，故当量载荷为2 . 1pfNFY

53、FXfPaAArAApA04.509)(22.202)(aBBrBBpBFYFXfP4）轴承寿命的校核hhPCrnLAh240001098. 3)(6010716 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页264.2 轴的设计及校核轴的受力分析及校核：(1) 求轴的扭矩mmNmNnPT.67655.655.67200417. 195509550(2) 求齿轮上的作用力圆周力 NdTFt1 .14955 .906765522径向力 NaFFntr1 .566125915cos20tan1 .1495costan, ,轴向力 NFFtx3 .428125915tan1 .1495tan, ,(3) 绘水

54、平方向的弯矩图支反力 NRAH3 .11212001501 .1495 NRBH8 .373200501 .1495D 截面的弯矩 mmNlRMAHDH.56065503 .1121.1)1(mmNlRMBHDH.560701508 .3732)2(水平弯矩图见(d)（4）绘垂直方向的弯矩图支反力 NRAV7 .32720025 .903 .4281501 .566 NRBV4 .23820025 .903 .428501 .566 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页27D 截面的弯矩 mmNlRMAVDV.16385507 .327.1)1( mmNlRMBVDV.357601504 .2

55、38.2)2(垂直弯矩图见(f)(5)绘合成弯矩图D 截面的合成弯矩 NMMMDVDHD2 .58410163855606522)1(2)1(21 NMMMDVDHD8 .66502357605607022)2(2)2(22 (6) 合成弯矩图见(g)(7) 绘扭矩图 扭矩图见图(h) (8)绘当量弯矩图 已知MPaob600,MPab2751,则应力系数为 46. 06002751obb D 截面的当量转矩：mmNT.3 .311216765546. 0 D 截面左右两个截面的当量弯矩： mmNTMMD.7 .661833 .311212 .58410222211）（ mmNTMMD.5 .

56、734243 .311218 .66502)(222222 当量弯矩图见(i) (9) 校核 D 截面的轴径mmmmMdb254 .132751 . 07 .661831 . 033111 mmmmMdb2587.132751 . 05 .734241 . 033122 故该轴合格。 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页28因轴 II 和 III 所受的扭矩小于轴 I，故两轴也满足要求。（b）轴的受力图（c）水平方向受力图（d）水平方向的弯矩图（e）垂直方向的受力图（f）垂直方向的弯矩图（g）合成弯矩图 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页29（h）扭矩图（i）当量弯矩图4.3 齿轮的校核设计

57、中减速增扭机构采用行星齿轮减速器，行星齿轮减速器具有，结构紧凑，重量轻，传动比较大的特点，下面对传动机构齿轮进行验算，验算齿轮强度，应选择相同模数承受载荷最大的齿数最小的齿轮，进行接触应力和弯曲应力验算。一般对高速传动的齿轮验算齿面接触应力，对低速传动的齿轮验算齿根弯曲应力。对硬齿面、软齿芯渗碳淬火的齿轮，一定要验算齿根弯曲应力。 接触应力的验算公式为（MPa）123j12081SjuK K K K K NZmuBn j弯曲应力的验算公式为 5123w22081 10()SwjK K K K NMPaZm BYn 式中 N-齿轮传递功率（KW） ，N=；dN -电动机额定功率（KW） ；dN -从电动机到所计算的齿轮的机械效率； 黄河科技学院毕业设计 说明书 第 页30 -齿轮计算转速（r/min）;jn m-初算的齿轮模数（mm）; B-齿宽（mm） Z-小齿轮齿数； u-大齿轮与小齿轮齿数之比，u1， “+”号用于外啮合， “-”号用于内啮合； -寿命系数：SKSTnNQKK K K K-工作期限系数：TK160TOnTKmCT-齿轮在机器工作期限（）内的总工作时间（h） ，对于中型机器的齿轮取ST=15000200