基于CAD技术的太阳能追踪装置的机构设计.doc

摘要:近年来有由于我国工业化的进程愈来愈快，大量使用化石燃料对环境造成的污染以及能源枯竭的问题日益凸显；政府近几年来开始在政策上大力推进太阳能新能源推广，扩大太阳能的应用规模，促进可再生能源与常规能源体系的融合，其中最关键的问题就是怎样提高太阳能的利用率。

因为太阳能发电装置垂直光照时的利用率最高，所以本文研究的是一种能够追踪太阳的运动轨迹的装置以保持太阳光照与装置的太阳能接收板时刻保持最佳的位置，从而能够提升装置的太阳能转化率。本装置主要由单片机控制系统，机械传动机构两部分构成；通过光敏电阻感应光照强度将数据传递到单片机系统后，控制系统根据设定的参数调节步进电机对机械传动装置进行调整，从而达到太阳能接收板与光照时刻保持最佳的位置。并且本装置采用的是具有二维运动的双轴追踪方式，能够使得本装置在东西和南北四个方向同时调节，大大提高了跟踪的精度和转化效率。

关键词 太阳能；自动追踪；步进电机；二维运动

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1研究背景及意义-1

1.2国内外发展及研究现状-2

1.2.1国外发展及研究现状-2

1.2.2国内发展及研究现状-4

1.3本课题研究主要内容-5

2 总体方案设计-6

2.1太阳相对地球的运转规律-6

2.2设计原理及性能分析-7

2.3太阳能追踪方式的分析-7

2.3.1追踪方式的比较-7

2.3.2本课题所选用的追踪方式-8

2.4方案设计-8

2.4.1方位角回转结构方案-8

2.4.2俯仰角调节结构方案-9

2.4.3总体方案确定-11

2.5结构原理分析-11

3 方位角调整机构的设计-12

3.1步进电机的计算及选型-12

3.1.1步进电机轴的转动惯量-12

3.1.2步进电机扭矩计算-13

3.2联轴器的选型-14

3.3小齿轮和齿圈传动设计-14

3.3.1齿轮齿数、材料和精度等级的确定-14

3.3.2齿面接触疲劳强度计算设计-14

3.3.3齿根弯曲强度的计算设计-16

3.3.4几何尺寸计算-18

3.4轴的设计计算-19

3.5键的计算校核-19

3.6回转支承选型-19

4 俯仰角调节结构设计-21

4.1步进电机的计算机选型-21

4.1.1步进电机轴的转动惯量-21

4.1.2电机扭矩计算-21

4.2联轴器的选型-21

4.3同步带传动设计-22

4.3.1同步带传动设计计算-22

4.3.2同步带选定-24

4.3.3同步带轮的设计-26

4.4齿轮齿条设计-27

4.4.1齿轮齿条的材料选择-27

4.4.2齿轮齿条的设计与校核-27

4.5仰俯角调节主轴设计-31

4.5.1尺寸与结构设计计算-31

4.5.2轴的强度校核计算-32

4.6键及轴承的校核-34

4.6.1键的校核-34

4.6.2轴承的校核-34

4.7滑杆与摇块的设计-35

结论-37

致 谢-38

参考文献-39