太阳能自动追光系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)

太阳能自动追光系统的设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

]图 得节点区域系数。 查文献 [8]表 得接触最小安全系数为。 总工作时间 Th=10 360 2=7200h。 应力循环次数 LN 107＜ NL＜ 109 （ 27） 原估计应力循环次数正确。 72 1 / 2 . 1 7 1 2 5 1 0N L N L i   (28) 接触寿命系数 ZN:查文献 [8]图 得 1NZ = ， 2NZ =。 许用接触应力 []H l im 1 11m inl im 2 22m in710 [ ] 681580 5[ ] 604HNHHHNHHZ MPSZ MPS     (29) 验算许用接触应力 []H 121422 1[]2 2 . 8 4 2 1 0 4 11 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 71 2 0 1 0 0 41 4 1 6 0 4H E HKT uZ Z Zb d uM P a M P a        (210) 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。 底座的设计 底座材料选用 45 钢 [9]，底座要有足够的支撑强度，同时也要满足尽可能节省材料，所以，选择用焊接法组合底座。 设计结构如图 21 所示。 太阳能自动追光系统的设计 11 图 21 底座 中心轴的选择 (一 ) 尺寸设计 选择轴的直径为 30mm，长度为 400mm。 轴的材料选择 45 钢，并进行调质处理。 (二 ) 轴的校核 可知材料的强度极限： σb =598MPa，屈服极限： σs = 353MPa[10]。 又 45 钢是塑性材料，所以，要用屈服极限 σs来校核。 设横截面受力 F 大约为 70KN。 材料的截面积为：S=πr178。 =178。 σ =F/S=σs = 353MPa。 所以，该轴符合要求。 轴承的选择 (一 ) 轴承 1的选择 该支承根据工作条件决定选用深沟球轴承，轴承径向载荷 Fr=1500N，轴向载荷Fa=5500N，轴承转速 n=300r/min，装轴承处的轴颈直径大约为 30mm，运转时有轻微冲击，预期计算寿命 Lh=5000h。 (1) 求比值 Fa/Fr=5500/1500=e (2) 初步计算当量动载荷 P， P=fp( XFr+YFa) 因为轻微冲击，所以载荷系数 fp=～ ，取 fp=。 同时可得 X=， Y值需在已知型号和基本额定静载荷 Co 后才能求出。 现暂选一近似中间值，取 Y=，则 P=( 1500＋ 5500)=10908N (3) 求轴承应有的基本额定动载荷值 C=P179。 √ 60nLh/10178。 = (211) (二 ) 轴承 2的选择 该支承根据工作条件决定选用深沟球轴承，轴承径向载荷 Fr=5500N，轴向载荷Fa=2700N，轴承转速 n=300r/min，装轴承处的轴颈直径为大约 25mm，运转时有轻微冲击，预期计算寿命 Lh=5000h。 (1) 求比值 Fa/Fr=2700/5500=e 菏泽 学院本科毕业设计（论文） 12 (2) 初步计算当量动载荷 P， P=fp( XFr+YFa) 因为轻微冲击，所以载荷系数 fp=～ ，取 fp=。 同时可得 X=， Y值需在已知型号和基本额定静载荷 Co后才能求出。 现暂选一近似中间值，取 Y=，则 P=( 5500＋ 2700)=8556N (3) 求轴承应有的基本额定动载荷值 C=P179。 √ 60nLh/10178。 179。 = 抗风性分析 (一 ) 底座上螺钉校核 危险截面面积 221( ) 1 0 4 546c HA d m m   (212) 螺钉应力副 9000aa cF NA  (213) 选择螺钉的性能等级 级 则 5 1 0 0 5 0 05006 6 3 0 01 0 1 0BaBsaMPMP       (214) 螺钉疲劳极限 1 0. 32 0. 32 50 0 16 0Ba MP     (215) 极限应力幅 l i m 1 0 . 6 2 1 1 . 5 1 6 0 4 3 . 13 . 4 5maaakk MPk       (216) (二 ) 轴校核 判断危险截面主轴端面往下 170mm 处 材料选用 45钢调质。 650360BasaMPMP  对称循环疲劳极限 110 . 4 4 0 . 4 4 6 5 0 2 8 60 . 3 0 0 . 3 6 5 0 1 9 5b B aBaMPMP       (217) 脉动循环疲劳极限 011 . 7 1 . 7 2 8 6 4 8 61 . 6 1 . 6 1 9 5 3 1 2b b aaMPMP        (218) 等效系数 太阳能自动追光系统的设计 13 1001002 2 286 486 4862 2 195 312 312bbb       (219) 截面上的应力 10 aTT MPw  52a m aMP   有效应力集中系数 7, 1kk 表面状态系数  尺寸系数 8, 1 弯曲安全系数 设为无限寿命， k=1 1 1 2 8 6 6 . 3 81 . 7 72 0 . 50 . 9 2 0 . 8 8Nbamkas k        1 1 1 9 5 1 9 . 6 21 . 3 14 . 9 5 0 . 2 5 4 . 9 50 . 9 2 0 . 8 1Namks k          2 2 2 26 . 3 8 1 9 . 6 2 6 . 0 7 1 . 5 [ ]6 . 3 8 1 9 . 6 2ssssss    (220) 轴强度满足要求。 3 控制系统设计 系统总体结构 图 31 系统总体结构 此系统由步进电机、光电转换器、 89C51 系列单片机以及相应的外围电路等组成。 太阳能电池板有两个自由度。 控制机构将分别调整水平方向与垂直方向。 单片机上电复位后，将使垂直方向处于旋转状态，单片机会判断采样进来的电压信号，即两种可能电传感器 光电转换 单片机 驱动器 步进电机 电源 菏泽 学院本科毕业设计（论文） 14 压有增大和减小，如电压是增大， 则让电池板继续转动，一旦电压是减小，单片机会立即发出信号，让电机反转，实现跟踪太阳板。 光电转换器 VCC LM124 R1 R2 A U2A B U3A VCC 图 32 光电转换电路 光电转换装置接收太阳光，将光信号转换成电信号，根据所采集到的信号，由单片机分析得最终控制的步进电动旋转与转向来达到太阳能电池面板 ,结果始终是垂直于入射光线，从而达到利用太阳能的最高效率。 选为光敏电阻为本文设计的光敏器件。 光电转换电路在下面的图片中是其中的一组 ，另一组是相同的电路。 当太阳的光线正 对太阳能板的时候，光敏电阻 R R2 都是高电阻，且 A、 B 两点电压是相等的。 四运放 LM124 的输出的电压也是相同的，单片机收到的信号差值为零，所以单片机不能控制电动机转动。 如果阳光倾斜，使 Rl 被阳光射中呈低电阻状态，则 A 点电位比 B 点的点电位高。 运算放大器 U2A 的角色是一个电压跟随器，有缓冲、隔离、提高负载能力的作用，保持稳定的采样信号。 U3A 是减法器， A 与 B 的电压差值为其输出。 因为在 A 和 B之间的电压差可以是正的或负的 ，而单片机的输入电压值不能为负值，所以 U3A正的输入端接了个偏置电压电路，使 U3A 的输出值始 终是正值。 步进电动机 (一 ) 步进电动机介绍 步进电机是将电脉冲转化为角位移的开环控制执行机构。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号 , 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。 因此非常适合单片机控制，推动了步进电动机的发展，步进电动机的应用开辟了广阔的前景。 (二 ) 步进电机的选择 （ 1） 步进电机１选择 估计步进电机 1所需要的最大 静力矩不大于 200N，故选用 57BYGH1001混合式步进电机。 限位开关 太阳能自动追光系统的设计 15 表 31 57BYGH1001 混合式步进电机 （ 2）步进电机 2选择 估计步进电机 2所需要的最大 推力不大于 2020N，故选用 8700系列 螺 杆轴混合式步进电机。 技术参数如下： 1)线圈双极性， 2)最大推力 2270N， 3） 位移分辨率 ， 4） 工作电压 5V， 5）相电流 ， 6） 相电阻 ， 7） 相电感 mH， 9） 功耗 ,10)最高温度 130176。 C ，11） 重量 ， 12） 绝缘电阻 20。 图 33 步进电示意图 （ 3） MT2HB03M 驱动器 特点：双极驱动；驱动器工作电压 1240 V； 驱动电流 A；用户可根据需要采用共阳极接法、共阴极接法或差分输入接法。 共阳极接法：分别将 CP+， U/D+， FREE+连接到控制系统的电源上，如果此电源是 +5V 则可直接接入，如果此电源大于 +5V，则须外部另加限流电阻 R，保证给驱动器内部光藕提供 815mA 的驱动电流。 输入信号通过 CP加入。 此时， U/D， FREE在低电平时起作用。 共阴极接法：分别将 CP， U/D， FREE连接到控制系统的地端（ SGND，与电源地隔离）， +5V 的输入信号通过 CP+加入。 此时， U/D+， FREE+在高电平时起作用。 限流电阻。