二維跟蹤太陽(yáng)光伏發(fā)電裝置設(shè)計(jì)(雙搖桿式)

1、單位代碼 0 2 學(xué) 號(hào) 080105507 分 類 號(hào) TH6 密 級(jí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書二維跟蹤光伏發(fā)電裝置設(shè)計(jì)（雙搖桿式） 院（系）名稱 工學(xué)院機(jī)械系 專業(yè)名稱機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名畢凱 指導(dǎo)教師李安生 2012 年 5 月 15 日 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)I二維跟蹤太陽(yáng)光伏發(fā)電裝置設(shè)計(jì)（雙搖桿式）二維跟蹤太陽(yáng)光伏發(fā)電裝置設(shè)計(jì)（雙搖桿式）摘要摘要在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)上，二維跟蹤裝置有著獨(dú)到的作用，本文主要針對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)太陽(yáng)能電池板的太陽(yáng)能追蹤設(shè)計(jì)了二維跟蹤裝置，實(shí)現(xiàn)跟蹤的自動(dòng)化。增加了太陽(yáng)能利用率。 該太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)追蹤、復(fù)位等功能并實(shí)現(xiàn)了高效率太陽(yáng)能轉(zhuǎn)

2、化的目的。為了現(xiàn)實(shí)這些動(dòng)作，采用部件設(shè)計(jì)，分別實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)把各個(gè)部件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)起來(lái)，形成了一個(gè)有規(guī)則運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。各個(gè)部件的聯(lián)接，先造出一個(gè)合格的機(jī)械本體，把各個(gè)部件安裝在機(jī)械本體上，形成一個(gè)機(jī)器。關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能；接近開關(guān)；步進(jìn)電機(jī)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)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. 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)III目錄1 1 緒論緒論 .1 12 2 總體方案設(shè)計(jì)總體方

6、案設(shè)計(jì) .5 52.1 總體設(shè)計(jì)的思路 .52.2 總體設(shè)計(jì)方案的采用 .53 3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .8 83.1 電機(jī)的計(jì)算與選型 .83.2 減速齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .153.3 接近開關(guān)的選型 .183.4 電池組板框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .213.5 俯仰角的跟蹤 .224 4 二維跟蹤裝置構(gòu)主要零部件的校核二維跟蹤裝置構(gòu)主要零部件的校核 .23234.1 軸承的選取及校核 .234.1.1 軸承的軸向固定.234.1.2 軸承組合的調(diào)整.244.1.3 軸承的潤(rùn)滑和密封.244.1.4 軸上零件的周向定位.244.2 軸的設(shè)計(jì)及校核 .264.3 齒輪的校核 .29結(jié)論結(jié)論 .3232致

7、謝致謝 .3333參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .3434 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)11 緒論太陽(yáng)能（Solar Energy） ，一般是指太陽(yáng)光的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽(yáng)提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽(yáng)光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽(yáng)能進(jìn)一步發(fā)展。太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來(lái)源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。太陽(yáng)能能源是來(lái)自地球外部天體的能源（主要是太陽(yáng)能）人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來(lái)自太陽(yáng)。正是各種

8、植物通過(guò)光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來(lái)。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代形成的。它們實(shí)質(zhì)上是由古代生物固定下來(lái)的太陽(yáng)能。此外，水能、風(fēng)能、等也都是由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換來(lái)的。 地球本身蘊(yùn)藏的能量 通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源。 原子核反應(yīng)有關(guān)的能源正是核能。原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)能釋放出大量的能量，稱為原子核能，簡(jiǎn)稱核能，俗稱原子能。它則來(lái)自于地殼中儲(chǔ)存的鈾、钚等發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)的核裂變能資源，以及海洋中貯藏的氘、氚、鋰等發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的核聚變能資源。這些物質(zhì)在發(fā)生原子核反應(yīng)時(shí)釋放出能量。目前核能最大的用途是發(fā)電。此外，還

9、可以用作其它類型的動(dòng)力源、熱源等。 全世界的潮汐能折合成煤約為每年 30 億噸，而實(shí)際可用的只是淺海區(qū)那一部分，每年約可折合為 6000 萬(wàn)噸煤。 太陽(yáng)能利用基本方式可以分為如下 4 大類。 太陽(yáng)能是氫原子核在超高溫時(shí)聚變釋放的巨大能量，太陽(yáng)能是人類能源的寶庫(kù)，如化石能源、地球上的風(fēng)能、生物質(zhì)能都來(lái)源于太陽(yáng)。太陽(yáng)能的利用 間接利用太陽(yáng)能：化石能源（光能-化學(xué)能）生物質(zhì)能（光能-化學(xué)能） 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)2直接利用太陽(yáng)能：集熱器（有平板型集熱器、聚光式集熱器） （光能-內(nèi)能）太陽(yáng)能電池：（光能-電能）一般應(yīng)用在人造衛(wèi)星、宇宙飛船、打火機(jī)、手表等方面。 中材聯(lián)建建材技術(shù)研究中心

10、是中國(guó)民用太陽(yáng)能發(fā)電的首家科研單位，該單位已經(jīng)掌握了太陽(yáng)能發(fā)電的核心技術(shù)，愛迪陽(yáng)光萬(wàn)用太陽(yáng)能是其最新研發(fā)的節(jié)能型產(chǎn)品。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)表面，太陽(yáng)能的利用還不是很普及，利用太陽(yáng)能發(fā)電還存在成本高、轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，但是太陽(yáng)能電池在為人造衛(wèi)星提供能源方面得到了應(yīng)用。太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部或者表面的黑子連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為 1369w/。地球赤道的周長(zhǎng)為40000km，從而可計(jì)算出，地球獲得的能量可達(dá) 173000TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為 1kw/m2，地球表面某一點(diǎn) 24h 的年平均輻射強(qiáng)度為 0.20kw/，相當(dāng)于有102000TW 的能量，人類依賴

11、這些能量維持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地?zé)崮苜Y源除外） ，雖然太陽(yáng)能資源總量相當(dāng)于現(xiàn)在人類所利用的能源的一萬(wàn)多倍，但太陽(yáng)能的能量密度低，而且它因地而異，因時(shí)而變，這是開發(fā)利用太陽(yáng)能面臨的主要問(wèn)題。太陽(yáng)能的這些特點(diǎn)會(huì)使它在整個(gè)綜合能源體系中的作用受到一定的限制。 盡管太陽(yáng)輻射到地球大氣層的能量?jī)H為其總輻射能量的二十二億分之一，但已高達(dá) 173,000TW，也就是說(shuō)太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量就相當(dāng)于 500 萬(wàn)噸煤，每秒照射到地球的能量則為 49940000000 焦。地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都是來(lái)源于太陽(yáng)；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、

12、天然氣等）從根本上說(shuō)也是遠(yuǎn)古以來(lái)貯存下來(lái)的太陽(yáng)能，所以廣義的太陽(yáng)能所包括的范圍非常大，狹義的太陽(yáng)能則限于太陽(yáng)輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。 太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會(huì)及人類進(jìn)入一個(gè)節(jié)約能源減少污染的時(shí)代。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)3太陽(yáng)能分類太陽(yáng)能光伏光伏板組件是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料（例如硅）制成的固體光伏電池組成。由于沒(méi)有活動(dòng)的部分，故可以長(zhǎng)時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表以及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可

13、為房屋提供照明，并入電網(wǎng)供電。光伏板 組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產(chǎn)生更多電能。近年，天臺(tái)及建筑物表面均可使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設(shè)施通常被稱為附設(shè)于建筑物的光伏系統(tǒng)。 據(jù)調(diào)研顯示由于產(chǎn)能過(guò)剩導(dǎo)致全球 5 大制造商利潤(rùn)縮水，2012 年光伏組件安裝量將有所減少，這是 10 余年來(lái)首次出現(xiàn)下降。據(jù)彭博 6 位分析師的平均預(yù)測(cè)全球家庭與商業(yè)機(jī)構(gòu)將安裝 24.8GW 的光伏組件。這相當(dāng)于約 20 座核反應(yīng)堆的發(fā)電量，但與去年新增 27.7GW 的光伏裝機(jī)量相比下降 10%。據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)估計(jì)，自 1999 年以來(lái)年均安裝量已增長(zhǎng) 61%。 據(jù)彭博

14、新能源財(cái)經(jīng)預(yù)計(jì)，今年光伏組件產(chǎn)能將躍居 38GW，比需求量平均預(yù)測(cè)高出 53 個(gè)百分點(diǎn)。這家位于倫敦的研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)今年安裝量將下滑至 24.6GW。 產(chǎn)能過(guò)剩使最大的光伏制造商擁有高達(dá) 30%利潤(rùn)率的日子消失殆盡。天合光能 2月 23 日表示其 2011 年四季度毛利率為 7.1%，較一年前下跌 31%。尚德也表示其四季度毛利率已從 17%跌至 9.9%。 今年中國(guó)光伏裝機(jī)量有望實(shí)現(xiàn)翻番，并消化富余產(chǎn)量。尚德與天合光能 1 月表示，今年中國(guó)將新增 4 至 5GW 的裝機(jī)量，而 2011 年為 2.2GW。 中國(guó)第三大組件制造商天合光能預(yù)計(jì)今年出貨量將增至 2.1GW，漲幅達(dá) 39%。英利綠色能

15、源控股有限公司預(yù)計(jì)今年出貨量將高達(dá) 2.5GW，較 2011 年增長(zhǎng) 56%。尚德電力昨日表示，出貨量可能將達(dá)到 2.5GW，漲幅達(dá) 19%。 太陽(yáng)熱能現(xiàn)代的太陽(yáng)熱能科技將陽(yáng)光聚合，并運(yùn)用其能量產(chǎn)生熱水、蒸氣和電力。除了運(yùn)用適當(dāng)?shù)目萍紒?lái)收集太陽(yáng)能外，建筑物亦可利用太陽(yáng)的光和熱能，方法是在設(shè)計(jì)時(shí)加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽(yáng)熱力的建筑材料。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)4本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基本技能分析和解決實(shí)際問(wèn)題，訓(xùn)練初步工程設(shè)計(jì)的能力。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及其自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)，著重地培養(yǎng)以下幾方面能力：

16、1調(diào)查研究、中外文獻(xiàn)檢索、閱讀與翻譯的能力；2綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、專業(yè)理論和知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力；3查閱和使用專業(yè)設(shè)計(jì)手冊(cè)的能力；4設(shè)計(jì)、計(jì)算與繪圖的能力，包括使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪圖的能力；5撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）的能力。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)52 總體方案設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)的思路在確定太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置設(shè)計(jì)方案前，必須對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置設(shè)計(jì)基本步驟及其基本原則，使設(shè)計(jì)的方案更合理設(shè)計(jì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置大體上可分為兩個(gè)階段： 一、系統(tǒng)分析階段 1、根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，明確所采用太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置的目的和任務(wù)。 2、分析太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置所

17、在系統(tǒng)的工作環(huán)境。 3、根據(jù)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置的工作要求，確定太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置的基本功能和方案。如太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置的自由度、所能承載的重量、容許的運(yùn)動(dòng)范圍、以及對(duì)溫度、震動(dòng)等環(huán)境的適應(yīng)性。 二、技術(shù)設(shè)計(jì)階段 1、根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)形式 2、擬訂太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置的作業(yè)方式。3、確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型。 4、計(jì)算動(dòng)力元件的功率及校核受力件的承載能力。 5、選擇個(gè)部件的具體集體夠，進(jìn)行太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置總裝圖的設(shè)計(jì)。 6、繪制太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置的零件圖，并確定尺寸。2.2 總體設(shè)計(jì)方案的采用在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)上，二維跟蹤裝置

18、有著獨(dú)到的作用，本文主要針對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)太陽(yáng)能電池板的太陽(yáng)能追蹤設(shè)計(jì)了二維跟蹤裝置，實(shí)現(xiàn)跟蹤的自動(dòng)化。增加了太陽(yáng)能利用率。 該太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)二維跟蹤裝置實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)追蹤、復(fù)位等功能并實(shí)現(xiàn)了高效率太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的目的。為了現(xiàn)實(shí)這些動(dòng)作，采用部件設(shè)計(jì)，分別實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)6把各個(gè)部件的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)起來(lái)，形成了一個(gè)有規(guī)則運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。各個(gè)部件的聯(lián)接，先造出一個(gè)合格的機(jī)械本體，把各個(gè)部件安裝在機(jī)械本體上，形成一個(gè)機(jī)器。項(xiàng)目分析方案如下：由于設(shè)計(jì)目標(biāo)是太陽(yáng)能光線垂直度大于 80% ，也就是說(shuō)天陽(yáng)能電池板極限位置和太陽(yáng)能光線角度大于 72電池板面積確定：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。這個(gè)還是跟天氣相關(guān)的，下表為鄭州氣候情況：降雨日平均每月 5 天，降雨率為 16%，平均日照強(qiáng)度為 150Wm2(瓦每平方米)本設(shè)計(jì)中選用 8 平方米綜合考量跟蹤裝置后設(shè)計(jì)面板尺寸為 2 米*4 米雙搖桿尺寸為 2.5 米，擺桿支點(diǎn)距離為 4.5 米，模擬發(fā)現(xiàn)極限位置與太陽(yáng)能光線夾角為 77，大于設(shè)計(jì)要求的 72，故方案可行。方案圖形如下： 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)7 圖 1、機(jī)構(gòu)方案具體機(jī)構(gòu)如下：圖 2、具體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)

20、83 3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 電機(jī)的計(jì)算與選型步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上 步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好 步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)

21、知識(shí)。 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。 （必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)） ，而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn)行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為 C=,D=.一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四

22、相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相） ，這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào),加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)9典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由三部分組成： 1. 步進(jìn)控制器，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 2驅(qū)動(dòng)器，把單片機(jī)輸出的脈

23、沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 3步進(jìn)電機(jī)。 現(xiàn)以三相六拍為例： 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 以上為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的控制順序及數(shù)學(xué)模型。因此，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制器實(shí)際上就是按上述的控制方式所規(guī)定的順序送脈沖序列，即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)三相六拍方式的轉(zhuǎn)動(dòng)。輸入順序脈沖序列的速率就

24、是步進(jìn)電機(jī)的速率。使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流） 。平均電流越大電激勵(lì)矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)：1、特點(diǎn)： 感應(yīng)子式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因

25、永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。 感應(yīng)子式某種程度上可以看作是低速同步的電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。 （必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)） ，而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)10行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=. 一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相） ，這樣使用時(shí)，既

26、可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。 2、分類 感應(yīng)子式電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為：42BYG(BYG 為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào)） 、57BYG、86BYG、110BYG、 （國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)） ，而像 70BYG、90BYG、130BYG 等均為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。 3、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ) 相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極 N、S 磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用 m 表示。 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即 AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方

27、式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用 表示。=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) J*運(yùn)行拍數(shù)） ，以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為 =360 度/（50*4）=1.8 度（俗稱整步） ，八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 =360 度/（50*8）=0.9 度（俗稱半步） 。 定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的） 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安

28、匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)分采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 4、動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)： 1、步距角精度： 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 2、失步： 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。 3、失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)114、最大空載起動(dòng)頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電

29、壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。 5、最大空載的運(yùn)行頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 6、運(yùn)行矩頻特性： 電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下圖所示： 其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。 電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流） ，平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。 如下圖所示： 其中，曲線 3 電流最大、或電壓最高;曲線 1 電流最小、或電

30、壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。 7、電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式的共振區(qū)一般在 180-250pps 之間（步距角 1.8 度）或在 400pps 左右（步距角為 0.9 度） ，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 8、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制： 當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)?AB-BC-CD-DA 或()時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)?DA-CD-BC-AB 或()時(shí)為反轉(zhuǎn)。（一） 等效

31、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖 1-3。傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可由下2()Jkg cm式進(jìn)行計(jì)算：201122()()2MSLzGJJJJJzg式中 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2()kg cm ，傳動(dòng)滾軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；1J2J2()kg cm 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)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 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)慣量匹配問(wèn)題。 /0.024MJJ

32、滿足慣量匹配的要求。（二） 電機(jī)力矩的計(jì)算二維跟蹤裝置在不同的工況下，所需轉(zhuǎn)動(dòng)力矩不同，下面分別按各階段進(jìn)行計(jì)算。1、 起動(dòng)力矩M起在起動(dòng)階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： max0afMMMM起 22maxmaxmax2101060602aaannMJJJtt maxmax0360bpVn上式中傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2()kg cm 電機(jī)最大角加速度2(/)rad s 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速maxn( /min)r 運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度maxV(/min)mm 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)13 脈沖當(dāng)量（）p/mm 步 步進(jìn)電機(jī)步距角b( )o 運(yùn)動(dòng)部件從停止起動(dòng)

33、加速到最大速度所需時(shí)間at ( ) s maxmax0360bpVn180001.57500( /min)0.01360r起動(dòng)加速時(shí)間60atms 22maxmaxmax2101060602aaannMJJJtt9.675Ncm摩擦力矩()fMNcm 002fF LMi上式中導(dǎo)軌的摩擦力0F ()N /012Ff G 導(dǎo)軌摩擦系數(shù)/, f f 運(yùn)動(dòng)部件總重量G ()N 傳動(dòng)鏈總效率，一般取 0.7 0.85/012Ff G7.34N折算到電機(jī)上的摩擦力矩()fMNcm 002fF LMi0.32Ncm附加摩擦力矩0M 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)1420000(1)2PF LMi式 2

34、0000(1)2PF LMi 0202113(1)2mFlzz 0.026Ncm折算到電機(jī)軸上的軸向負(fù)載力矩tM =002ttFlMiNcm上述三項(xiàng)合計(jì)： max0afMMMM起 10.27Ncm2、回位所需力矩M回 0fMMM回 0.76Ncm 從上面計(jì)算可以看出，兩種工況下，以快速起動(dòng)所需力矩最大，以M起M回此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。 從數(shù)控機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表 4-24 查出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時(shí) max0.831qjMM最大靜力矩=maxjM10.27Ncm設(shè)計(jì)所選電機(jī)為 100W,以太陽(yáng)能光伏發(fā)電為負(fù)載驅(qū)動(dòng)后，發(fā)電機(jī)在太陽(yáng)強(qiáng)度 150W/M2(鄭州平均日照水平)正常情況下，仍然可

35、以提供 1KW 以上的功率輸出，符合設(shè)計(jì)要求。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)153.2 減速齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算1）材料及熱處理；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。2）精度等級(jí)選用 7 級(jí)精度；3）試選小齒輪齒數(shù) z120，大齒輪齒數(shù) z2680 的；4）選取螺旋角。初選螺旋角 14因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算按式（1021）試算，即 dt 3212HEHdtZZuuTK5）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1） 試選 Kt1.6（2） 選取區(qū)域系數(shù) ZH2

36、.433（3） 選取尺寬系數(shù) d1（4） 查得 10.75，20.87，則 121.62（5） 查得材料的彈性影響系數(shù) ZE189.8Mpa（6） 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Hlim1600MPa；大齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限 Hlim2550MPa；（7） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64107（8） 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN10.95；KHN20.98（9） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1，安全系數(shù) S1，由式（1012）得 H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa

37、HH1H2/2554.5MPa 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)166）計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑 d1td1t 32112HEHdtZZuuTK=67.853235 .5548 .189433. 25662. 11101911.62（2）計(jì)算圓周速度v=0.68m/s10006021ndt10006085192.67（3）計(jì)算齒寬 b 及模數(shù) 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）計(jì)算縱向重合度 =0.3181tan

38、14 =1.59tan318. 01z。（5）計(jì)算載荷系數(shù) K 已知載荷平穩(wěn)，所以取 KA=1根據(jù) v=0.68m/s,7 級(jí)精度，由圖 108 查得動(dòng)載系數(shù) KV=1.11；由表 104 查的 KH 的計(jì)算公式和直齒輪的相同，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。故載荷系數(shù) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)17 K=KAKVKHKH=11.031.41.42=2.05（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式得 d1=mm=73.6mm31/ttKKd36 . 1/05. 285.6

39、7（7）計(jì)算模數(shù) mn mn =mm=3.7411coszd20cos146 .73。2齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(1017) mn 3212cos2FSaFadYYzKTY1）確定計(jì)算參數(shù)（1）計(jì)算載荷系數(shù)K=KAKVKFKF=11.031.41.36=1.96（2）根據(jù)縱向重合度 =0.318dz1tan=1.59，查得螺旋角影響系數(shù) Y0。88（3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)z1=z1/cos =20/cos 14 =21.8933。 z2=z2/cos =100/cos 14 =109.4733。（4）查取齒型系數(shù)查得 YFa1=2.724；Yfa2=2.172（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)查得 Ysa1=1.5

40、69；Ysa2=1.798 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)18（6）計(jì)算FF1=500MpaF2=380MPaKFN1=0.95KFN2=0.98F1=339.29MpaF2=266MPa（7）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 FSaFaYY=0.0126 111FSaFaYY29.339569. 174. 2=0.01468 222FSaFaYY266798. 1172. 2 大齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算mn=2.432201468. 062. 120119188. 014cos96. 12mn=2.53.3 接近開關(guān)的選型本設(shè)計(jì)中要求二維跟蹤裝置在太陽(yáng)下山后，進(jìn)行系統(tǒng)恢復(fù)初始位置，所以需要

41、一個(gè)接近開關(guān)作為信號(hào)。電感式接近開關(guān)由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測(cè)目的 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)19接近傳感器可以在不與目標(biāo)物實(shí)際接觸的情況下檢測(cè)靠近傳感器的金屬目標(biāo)物。根據(jù)操作原理，接近傳感器大致可以分為以下三類：利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型，使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。（一） 高頻振蕩型接近傳感器的工作原理電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放

42、大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測(cè)面產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)通過(guò)整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號(hào)，經(jīng)功率放大后輸出。下面為詳細(xì)介紹：1、通用型接近傳感器的工作原理目標(biāo)物高頻磁場(chǎng)振幅檢測(cè)電路輸出電路CL圖 41振蕩電路中的線圈 L（如圖 41）產(chǎn)生一個(gè)高頻磁場(chǎng)。當(dāng)目標(biāo)物接近磁場(chǎng)時(shí)，由于電磁感應(yīng)在目標(biāo)物中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流（渦電流） 。隨著目標(biāo)物接近傳感器，感應(yīng)電流增強(qiáng)，引起振蕩電路中的負(fù)載加大。然后，振蕩減弱直至停止。傳感器利用振幅檢測(cè)電路檢測(cè)到振蕩狀態(tài)的變化，并輸出

43、檢測(cè)信號(hào)。振幅變化的程度隨目標(biāo)物金屬種類的不同而不同，因此檢測(cè)距離也隨目標(biāo)物金屬的種類不同而不同。2、 所有金屬型傳感器的工作原理所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。和普通型一樣，它也有一個(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起的能量損失影響到振蕩頻率。目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，不論目標(biāo)物金屬種類如何，振蕩頻率都會(huì)提高。傳感器檢測(cè)到這個(gè)變化并輸出檢測(cè)信號(hào)。3、 有色金屬型傳感器工作原理 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)20有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。它有一個(gè)振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動(dòng)引起的能量損失影響到振蕩頻率的變化。當(dāng)鋁或銅之類的有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振蕩頻

44、率增高；當(dāng)鐵一類的黑色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振蕩頻率降低。如果振蕩頻率高于參考頻率，傳感器輸出信號(hào)。（二） 主要技術(shù)參數(shù)目前市場(chǎng)上的主要產(chǎn)品有以下幾中： 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)21在本設(shè)計(jì)中我們選用 XL-LJM8 短圓圓柱電感式接近開關(guān)。3.4 電池組板框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，太陽(yáng)能電池板重量較輕，結(jié)果規(guī)則，本設(shè)計(jì)采用扁鋼焊接成電池板框架，將太陽(yáng)能電池板有規(guī)律的安裝在框架上，進(jìn)行并聯(lián)連接。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)22具體方案連接方式如下：3.5 俯仰角的跟蹤本設(shè)計(jì)中俯仰角的跟蹤由太陽(yáng)光傳感器為信號(hào)采集器，通過(guò) PLC 控制步進(jìn)電機(jī)，確保二維跟蹤裝置太

45、陽(yáng)能面板和太陽(yáng)光線垂直。太陽(yáng)光傳感器有如下特性：1. 太陽(yáng)傳感器。它可識(shí)別水平，垂直各 360 度。太陽(yáng)所在的位置，識(shí)別，陰天，多云天，半陰天，晴天及晚上白天。跟蹤方位識(shí)別。 2. 識(shí)別電路處理和侍服驅(qū)動(dòng)。采用數(shù)字芯片完成以上各信息的處理?？墒谭鞣N普通電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)。整機(jī)功耗電流 3mA，芯片工作電壓 5V。 國(guó)際先進(jìn)的太陽(yáng)跟蹤設(shè)備，采用的是電腦數(shù)據(jù)理論，需要地球經(jīng)緯度地區(qū)的的數(shù)據(jù)和設(shè)定。 3. 電路原理、設(shè)備技術(shù)復(fù)雜。智能太陽(yáng)跟蹤儀采用識(shí)別理論技術(shù)，電路簡(jiǎn)單元件少，沒(méi)有經(jīng)緯度和數(shù)據(jù)信息的理論。一年四季太陽(yáng)運(yùn)行的路線不用考慮。太陽(yáng)從哪個(gè)方向升起，到哪個(gè)方向落下，它都會(huì)準(zhǔn)確無(wú)誤的識(shí)別太陽(yáng)升起和

46、落下的位置。如果把他安放在行走的車或船上，不論向何方行駛，跟蹤儀都能正對(duì)太陽(yáng)。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)23 4 二維跟蹤裝置構(gòu)主要零部件的校核4.1 軸承的選取及校核4.1.1 軸承的軸向固定為了使軸和軸上零件在及其中有確定的位置，以防止軸系的軸向竄動(dòng)，軸承必須作軸向固定，同時(shí)還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上保證在工作溫度變化時(shí)軸系能自由伸縮，以免軸承承受過(guò)大的附加載荷或被卡死。常見的軸向固定方式方式有兩種28。1）兩端單向固定這種軸承利用軸肩頂住軸承內(nèi)圈、軸承蓋頂住軸承外圈，每個(gè)支承各限制軸系單方向軸向移動(dòng)，兩個(gè)支撐組合使軸系位置固定。為補(bǔ)償軸的受熱伸長(zhǎng)，在一端軸承蓋與外圈端面之間應(yīng)留有熱補(bǔ)償間隙

47、 0.25-0.4mm。熱補(bǔ)償間隙值可在裝配時(shí)通過(guò)增減軸承蓋與箱體間調(diào)整墊片的厚度來(lái)獲得。這種形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，但僅適用于跨距較小、溫度變化不大的軸。2）一端雙向固定，一端游動(dòng)這種軸承采用深溝球軸承，左端軸承為固定支撐，其內(nèi)外圈均作雙向固定，可承受雙向軸向載荷；右端軸承為游動(dòng)支撐，其內(nèi)圈作雙向固定，外圈與軸承蓋之間留有適當(dāng)間隙，外圈兩側(cè)均未固定，其外徑與座孔為間隙配合，軸承可在座孔中軸向移動(dòng)，當(dāng)溫度變化時(shí)軸可以自由伸縮。顯然，游動(dòng)支撐不能承受并傳遞軸向載荷。這種結(jié)構(gòu)形式適于溫度變化較大的長(zhǎng)軸。不論采用那種固定方式，軸承組合的固定都是根據(jù)具體情況通過(guò)軸承內(nèi)圈與軸、外圈與軸承座孔的軸向固定方

48、式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。內(nèi)圈與軸的軸向固定其原則及方法均與一般軸系零件相同；外圈與軸承座孔的軸向固定可利用軸承蓋。孔用彈性擋圈、軸承座空的凸肩、套筒的凸肩以及他們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體選擇時(shí)要考慮軸向載荷的大小和方向、轉(zhuǎn)速高低、軸承的類型及支撐的固定形式等情況。3）兩端游動(dòng)支承 對(duì)于一對(duì)人字齒輪軸，由于人字齒輪本身的相互軸向陽(yáng)位作用，它們的軸承內(nèi)外圈的軸向緊固應(yīng)設(shè)計(jì)成只保證其中一根軸相對(duì)機(jī)座有固定的軸向位置，而另一根軸上的兩個(gè)軸承都必須是游動(dòng)的，以防止齒輪卡死或人字齒的兩側(cè)受力不均勻。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)24軸承游隙及軸上零件位置的調(diào)整 。圓錐齒輪或蝸桿在裝配時(shí)；通常需要進(jìn)行軸向位置的調(diào)整。

49、為了便于調(diào)整，可將確定其軸向位置的軸承裝在一個(gè)套杯中，套杯則裝在外殼孔中。通過(guò)增減套杯端面與外殼之間墊片的厚度，即可調(diào)整圓錐齒輪或蝸桿的軸向位置。4.1.2 軸承組合的調(diào)整1）軸承間隙的調(diào)整為確保軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一般要留有適當(dāng)?shù)妮S承間隙。裝配時(shí)常用兩種方法調(diào)整軸承間隙：一種是靠增減調(diào)整墊片厚度調(diào)整軸承間隙；另一種是利用調(diào)整螺釘通過(guò)軸承外圈壓蓋 2 來(lái)移動(dòng)軸承外圈的位置以調(diào)整軸承間隙，調(diào)整之后，用螺母鎖緊防松。2）軸系軸向位置的調(diào)整調(diào)整軸系軸向位置的目的是保證軸上某些零件獲得準(zhǔn)確的工作位置。要求兩分度圓錐頂重合才能保證其正確嚙合。軸承的預(yù)緊是指其軸向預(yù)緊。對(duì)某些可調(diào)游隙式軸承在安裝時(shí)給予一定的軸向

50、預(yù)緊力。使內(nèi)外圈產(chǎn)生相對(duì)位移，消除軸承游隙，并在套圈和滾動(dòng)體接觸處產(chǎn)生一定的彈性預(yù)變形，借此提高軸的旋轉(zhuǎn)精度和軸承組合的剛性，減少振動(dòng)和噪聲。預(yù)緊力可以利用在軸承外圈之間加金屬墊片或?qū)⑼馊δフ确椒ǐ@得。軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈與軸承座孔的配合。由于軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，故規(guī)定軸承內(nèi)圈與軸頸的配合取基孔制。外圈與座孔的配合取基軸制。4.1.3 軸承的潤(rùn)滑和密封軸承潤(rùn)滑的主要目的是減少摩擦與磨損，同時(shí)也起冷卻、防銹、吸振和減少噪聲等作用。軸承中使用的潤(rùn)滑劑主要是潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油。4.1.4 軸上零件的周向定位凡是與軸一起傳遞轉(zhuǎn)矩的軸上零件均需與軸作周向固定。常用的周向固定方法有鍵連接、花鍵聯(lián)接、過(guò)盈

51、配合聯(lián)接和緊釘聯(lián)接等。選擇固定方式時(shí)應(yīng)根據(jù)所傳遞的轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)、對(duì)中精度要求等因素來(lái)決定。1） ,選取鍵的長(zhǎng)度為 180mm。軸深為 11mm。同時(shí)為了保證榨油裝置有良1832hb好的對(duì)中性。故選擇螺旋機(jī)構(gòu)于軸之間的配合為 H7/h6。 2），選取鍵的長(zhǎng)度為 70mm。軸深為 11mm。同時(shí)為了保證榨油裝置有良好1832hb的對(duì)中性。故選擇壓榨螺旋與軸之間的配合為 H7/h6。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)25同樣聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接，選用平鍵為，選取平鍵長(zhǎng)度為 72聯(lián)軸器1628hb與軸的配合為 H7/k6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)度配合來(lái)保證的此處選軸的尺寸公差分別為圓錐滾子軸

52、承 k6,圓柱滾子軸承 m6。3）確定軸上圓角和倒角尺寸，參考機(jī)械設(shè)計(jì)27表 15-2 選取倒角如圖 4-5，各個(gè)軸間的圓角如下圖，未注倒圓角一律 R2。本設(shè)計(jì)選用：3530 雙列向心球面滾子軸承軸承的校核1）徑向力5 .1682121VHrFFF1）派生力，NYFFrAdA7 .522NYFFrBdB7 .5222）軸向力由于，dAdBaFNFF7 .2757 .522231所以軸向力為，223aAF7 .52aBF3）當(dāng)量載荷由于，eFFrAaA32. 1eFFrBaB31. 0所以，。4 . 0AX6 . 1AY1BX0BY由于為一般載荷，所以載荷系數(shù)為，故當(dāng)量載荷為2 . 1pfNFY

53、FXfPaAArAApA04.509)(22.202)(aBBrBBpBFYFXfP4）軸承壽命的校核hhPCrnLAh240001098. 3)(6010716 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)264.2 軸的設(shè)計(jì)及校核軸的受力分析及校核：(1) 求軸的扭矩mmNmNnPT.67655.655.67200417. 195509550(2) 求齒輪上的作用力圓周力 NdTFt1 .14955 .906765522徑向力 NaFFntr1 .566125915cos20tan1 .1495costan, ,軸向力 NFFtx3 .428125915tan1 .1495tan, ,(3) 繪水

54、平方向的彎矩圖支反力 NRAH3 .11212001501 .1495 NRBH8 .373200501 .1495D 截面的彎矩 mmNlRMAHDH.56065503 .1121.1)1(mmNlRMBHDH.560701508 .3732)2(水平彎矩圖見(d)（4）繪垂直方向的彎矩圖支反力 NRAV7 .32720025 .903 .4281501 .566 NRBV4 .23820025 .903 .428501 .566 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)27D 截面的彎矩 mmNlRMAVDV.16385507 .327.1)1( mmNlRMBVDV.357601504 .2

55、38.2)2(垂直彎矩圖見(f)(5)繪合成彎矩圖D 截面的合成彎矩 NMMMDVDHD2 .58410163855606522)1(2)1(21 NMMMDVDHD8 .66502357605607022)2(2)2(22 (6) 合成彎矩圖見(g)(7) 繪扭矩圖 扭矩圖見圖(h) (8)繪當(dāng)量彎矩圖 已知MPaob600,MPab2751,則應(yīng)力系數(shù)為 46. 06002751obb D 截面的當(dāng)量轉(zhuǎn)矩：mmNT.3 .311216765546. 0 D 截面左右兩個(gè)截面的當(dāng)量彎矩： mmNTMMD.7 .661833 .311212 .58410222211）（ mmNTMMD.5 .

56、734243 .311218 .66502)(222222 當(dāng)量彎矩圖見(i) (9) 校核 D 截面的軸徑mmmmMdb254 .132751 . 07 .661831 . 033111 mmmmMdb2587.132751 . 05 .734241 . 033122 故該軸合格。 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)28因軸 II 和 III 所受的扭矩小于軸 I，故兩軸也滿足要求。（b）軸的受力圖（c）水平方向受力圖（d）水平方向的彎矩圖（e）垂直方向的受力圖（f）垂直方向的彎矩圖（g）合成彎矩圖 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)29（h）扭矩圖（i）當(dāng)量彎矩圖4.3 齒輪的校核設(shè)計(jì)

57、中減速增扭機(jī)構(gòu)采用行星齒輪減速器，行星齒輪減速器具有，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，傳動(dòng)比較大的特點(diǎn)，下面對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算齒輪強(qiáng)度，應(yīng)選擇相同模數(shù)承受載荷最大的齒數(shù)最小的齒輪，進(jìn)行接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力驗(yàn)算。一般對(duì)高速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒面接觸應(yīng)力，對(duì)低速傳動(dòng)的齒輪驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。對(duì)硬齒面、軟齒芯滲碳淬火的齒輪，一定要驗(yàn)算齒根彎曲應(yīng)力。 接觸應(yīng)力的驗(yàn)算公式為（MPa）123j12081SjuK K K K K NZmuBn j彎曲應(yīng)力的驗(yàn)算公式為 5123w22081 10()SwjK K K K NMPaZm BYn 式中 N-齒輪傳遞功率（KW） ，N=；dN -電動(dòng)機(jī)額定功率（KW） ；dN -從電動(dòng)機(jī)到所計(jì)算的齒輪的機(jī)械效率； 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 第 頁(yè)30 -齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速（r/min）;jn m-初算的齒輪模數(shù)（mm）; B-齒寬（mm） Z-小齒輪齒數(shù)； u-大齒輪與小齒輪齒數(shù)之比，u1， “+”號(hào)用于外嚙合， “-”號(hào)用于內(nèi)嚙合； -壽命系數(shù)：SKSTnNQKK K K K-工作期限系數(shù)：TK160TOnTKmCT-齒輪在機(jī)器工作期限（）內(nèi)的總工作時(shí)間（h） ，對(duì)于中型機(jī)器的齒輪取ST=15000200