可自动追踪太阳的单体的发电系统设计【全套CAD图纸和毕业论文】【独家原创】

充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605工学院INSTITUTEOFTECHNOLOGYEASTCHINAJIAOTONGUNIVERSITY毕业设计GRADUATIONDESIGN（THESIS）（2020年）题目可自动追踪太阳的单体的发电系统设计分院专业班级学号学生姓名指导教师起讫日期充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605东交通大学理工学院毕业设计（论文）原创性申明本人郑重申明所呈交的毕业设计（论文）是本人在导师指导下独立进行的研究工作所取得的研究成果。设计（论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计（论文）中特别加以标注引用，除此之外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名日期年月日毕业设计（论文）版权使用授权书充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605毕业设计（论文）作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交设计（论文）的复印件和电子版，允许设计（论文）被查阅和借阅。本人授权华东交通大学理工学院可以将本设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编毕业设计（论文）。（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权书）毕业设计（论文）作者签名指导教师签名签字日期年月日签字日期年月日可自动追踪太阳的单体的发电系统设计摘要太阳能因其普遍存在、储量无限、清洁、经济等优点，成为最具发展潜力的可再生清洁能源，研究太阳能自动跟踪系统具有重要意义，它不仅能提高光伏发电效率，降低发电成本，还将进一步促进光伏发电产业的发展。该装置是基于单片机控制的自动跟踪系统，通过考虑太阳光运动规律等因素，由单片机输出控制数据，从而来控制步进电机，并通过机械传动机构来实现太阳能电池板自动跟踪光线的目的。本文首先根据课题所给的技术参数提出太阳能自动跟踪系统总体方案；接着，对机械结构部分进行计算与校核；然后，设计了控制系统的硬件及软件；最后，通过AUTOCAD制图软件绘制装配图及主要零部件图并通过P/ROE了对其进行三维设计。关键词太阳能，自动跟踪，机械，PLC充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或1304139763IABSTRACTSOLARENERGYDUETOITSWIDESPREAD,UNLIMITEDRESERVES,CLEAN,ECONOMICANDOTHERADVANTAGES,HASBECOMETHEMOSTPOTENTIALRENEWABLECLEANENERGY,ITISOFSIGNIFICANCETOSTUDYTHEAUTOMATICTRACKINGSYSTEMFORSOLARPHOTOVOLTAICPOWERGENERATION,ITCANNOTONLYIMPROVETHEEFFICIENCY,REDUCETHECOSTOFPOWERGENERATION,WILLFURTHERPROMOTETHEDEVELOPMENTOFPHOTOVOLTAICPOWERGENERATIONINDUSTRYTHEDEVICEOFAUTOMATICTRACKINGSYSTEMBASEDONSINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROL,BYCONSIDERINGTHEFACTORSOFTHESUNMOVEMENTLAW,BYTHEMICROCONTROLLEROUTPUTCONTROLDATA,SOASTOCONTROLTHESTEPPERMOTOR,ANDTHEMECHANICALTRANSMISSIONMECHANISMTOREALIZETHEAUTOMATICTRACKINGSOLARPANELSTOLIGHTFIRSTLY,ACCORDINGTOTHETECHNICALPARAMETERSOFTHESUBJECTTOPUTFORWARDTHEOVERALLSCHEMEOFTHESYSTEMOFAUTOMATICTRACKINGSOLARENERGYTHEN,CALCULATEANDCHECKOFMECHANICALSTRUCTURETHEN,DESIGNTHEHARDWAREANDSOFTWAREOFCONTROLSYSTEMFINALLY,USINGAUTOCADSOFTWARETODRAWTHEASSEMBLYDRAWINGANDPARTSDRAWINGANDTHROUGHTHE3DDESIGNOFTHEP/ROEKEYWORDSSOLARENERGY,AUTOMATICTRACKING,MACHINERY,PLC可自动追踪太阳的单体的发电系统设计II目录摘要IABSTRACTII1、绪论111研究背景112太阳能特点113太阳能自动追踪系统的国内外研究及发展现状214课题研究的目的和意义32、太阳能自动跟踪系统总体设计421设计要求422太阳运行的规律423各模块方案设计4231总体方案4232太阳能跟踪器方案设计5233机械部分方案设计63、机械部分设计831回转齿轮传动设计8311选精度等级、材料和齿数8312按齿面接触疲劳强度设计8313按齿根弯曲强度设计10314几何尺寸计算1132齿轮齿条的设计12321齿轮齿条的材料选择12322齿轮齿条的设计与校核1233轴及键的设计15331尺寸与结构设计计算15332强度校核计算16333键的校核1734其他辅助零件设计18341滑杆与摇块的设计18342底座设计19充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或1304139763III4、控制系统设计2041硬件部分设计20411光电转换电路20412步进电动机及驱动电路21413单片机及其输入电路23414系统的整体电路图2642软件设计26421系统的流程图26422程序设计27总结33参考文献34致谢35可自动追踪太阳的单体的发电系统设计01、绪论11研究背景随着煤炭、石油等不可再生的矿物质能源的日益枯竭以及因其使用带来的巨大的环境压力越来越严峻，大力开拓新能源与可再生能源如核能、风能、太阳能等的实际应用成为人类解决能源紧张和保护生态环境的重要战略选择。我国的太阳能资源比较丰富，从其分布来看，西部地区的太阳能年辐射总量均在5400MJ/M2A以上，西藏地区更是达到了6700MJ/M2A，开发太阳能对于西部的发展有着重要的现实意义。利用太阳能的关键是提高太阳能电池的转换效率，目前一般情况下仍是采用太阳能电池板固定朝南安装的方式对太阳能进行采集，也有利用太阳的运动规律采用定时的方法对太阳进行跟踪，但这些方法均没有充分利用太阳能资源，转换效率较低，成本高。12太阳能特点太阳是一个巨大的能源，万物生长都要依靠太阳，地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳的。煤炭，石油都是古时候由动物或植物存储下来的太阳能。全世界人们一年所用的各种能量之和也只有到达地球表面的太阳能的数万分之一，因此利用太阳能的潜力是十分大的。而相对于日益枯竭的化石能源来说，太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。太阳辐射能与煤炭，石油，核能相比较。有如下的优点（1）储量的“无限性”太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用能量巨大。太阳放射的总辐射能量大约是375X1021KW，极其巨大的。太阳的寿命至少尚有40亿年，相对于人类历史来说，太阳可源源不断供给地球能源的时间可以是无限的。相对于常规能源的有限性，太阳能具有储量的“无限性”，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源缺乏、枯竭的最有效途径。（2）存在的普遍性虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ4149516053）利用的清洁性太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用时几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，是人类理想的替代能源。（4）利用的经济性可以从两个方面看太阳能利用的经济性。一是太阳能取之不尽，用之不竭，而且在接收太阳能时不征收任何“税”，可以随地取用二是在目前的技术发展水平下，有些太阳能利用己具经济性。随着科技的发展以及人类开发利用太阳能的技术突破，太阳能利用的经济性将会更明显。13太阳能自动追踪系统的国内外研究及发展现状在太阳能跟踪方面，我国在1997年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的接收效率提高了。1998年美国加州成功的研究了ATM两轴跟踪器16，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。在国内近年来有不少专家学者也相继开展了这方面的研究，1992年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994年太阳能杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪。目前17，太阳追踪系统中实现追踪太阳的方法很多，但是不外乎采用如下两种方式一种是光电追踪方式，另一种是根据视日运动轨迹追踪；前者是闭环的随机系统，后者是开环的程控系统。日本是世界上太阳能开发利用第一大国，也是太阳能应用技术强国4。日本太阳热能的利用，从1979年第二次石油危机后开始，1990年进入普及高峰。太阳能技术日益创新，能量转换率不断提高，成本也是新能源中最低的。日本将太阳能的利用分为太阳光能和热能两种。太阳光能发电，是利用半导体硅等将光转化为电能。从2000年起，日本太阳能发电量一直居世界首位，2003年太阳能发电装机容量约为86万千瓦，占世界太阳能发电装机容量的491，并计划到2010年达到482万千瓦，增加约6倍。德国对太阳能资源的利用可追溯到20世纪70年代，现在德国已经在太阳能系统的开发、生产、规划和安装等方面积累了大量经验，发明了一系列高效的太阳能系统。1990年德国政府推出了“一千屋顶计划”，至1997年已完成近万套屋顶系统，每套容量15千瓦，累计安装量已达33万千瓦。目前我国太阳能热水器的推广普及十分迅速，1997年销售面积近300万平方米，数量居世界首位。全国从事太阳能热水器研制、生产、销售和安装的企业达1000余家，年产值20亿元。根据我国19962020年太阳能光电PV（光伏发电）发展计划，在2000年和2020年的太阳能光电总容量将分别达到66万千瓦和30万千瓦。在联网阳光电站建设方面，计划2020年前建成5座MW级阳光电站。由国家投资1700可自动追踪太阳的单体的发电系统设计2万元修建的西藏第三座太阳能电站安多光伏电站，总装机容量100千瓦，于1998年12月建成发电。这也是世界海拔最高、中国装机容量最大的太阳能电站。总之，大力发展太阳能利用技术，使节约能源和保护环境的重要途径。14课题研究的目的和意义本课题研究一种基于单片机控制的自动跟踪装置，该装置能自动跟踪太阳光线的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高设备的能量利用率。本课题的目的是为了更充分的利用太阳能、提高太阳能的利用率，而进行太阳跟踪系统的开发研究，这对我们面临的能源问题有重大的意义。同时太阳能又是一种无污染的清洁能源，加强太阳能的开发，对节约能源、保护环境也有重大的意义。充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976332、太阳能自动跟踪系统总体设计21设计要求太阳能因其普遍存在、储量无限、清洁、经济等优点，成为最具发展潜力的可再生清洁能源，而光伏发电是利用太阳能的重要方式之一。目前，光伏发电系统多采用固定式，这种系统发电效率低，若采用自动跟踪太阳，太阳电池板的能量接受率能提高35。因此，研究太阳能自动跟踪系统具有重要意义，它不仅能提高光伏发电效率，降低发电成本，还将进一步促进光伏发电产业的发展。本课题拟设计可自动追踪太阳的单体的发电系统，使得其发电效率达到最大。设计参数（1）机械结构双轴跟踪方式；（2）控制单元PLC控制；（3）检测方式光电检测；（4）太阳能板尺寸545MM535MM25MM，50W，安装尺寸在545MM边框有2个孔，孔距是272MM；两个535MM边框间的孔距是500MM，6MM螺栓紧固。22太阳运行的规律由于地球的自转和地球绕太阳的公转导致了太阳位置相对于地面静止物体的运动。这种变化是周期性和可以预测的。地球极轴和黄道天球极轴存在的一个27度的夹角8，引起了太阳赤纬角在一年中的变化。冬至时这个角为23度27分，然后逐渐增大，到春分时变为0并继续增大，夏至时赤纬角最大23度27分，并开始减小；到秋分时赤纬角又变为0，并继续减小，直到冬至，另一个变化周期开始。再考虑到该地位置因素及一年四季的太阳方位变化，可以初步确定所设计装置的尺寸、高度角、方位角等的范围。23各模块方案设计231总体方案本设计是基于单片机控制的自动跟踪系统，它利用光电跟踪原理，通过比较太阳能板中心垂线与太阳光线的角度大小来控制信号的输入。采用四个光敏电阻做传感器，把光能转换为电阻的变化，进而通过光电转换电路给单片机输入信号，并由驱动电路来控可自动追踪太阳的单体的发电系统设计4制步进电机，从而实现机械装置的方位角、高度角的调整。该机械装置主要采用机械传动原理实现，用一对涡轮蜗杆机构来实现方位角的旋转。同时，采用平面四杆机构原理，用一对齿轮齿条来实现高度角的调整。232太阳能跟踪器方案设计目前国内外采用的跟踪太阳的方法有很多，但不外乎三种方式9，1视日运动轨迹跟踪；2光电跟踪；3视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合。下面就这三种跟踪方案做一个简要的介绍和比较1视日运动轨迹跟踪不论是采用极轴坐标系统还是地平坐标系统，太阳运行的位置变化都是可以预测的，通过数学上对太阳轨迹的预测可完成对日跟踪。太阳跟踪装置采用地平坐标系较为直观方便，操作性强，但也存在轨迹坐标计算没有具体公式可用的问题。根据太阳轨迹算法的分析，太阳轨迹位置由观测点的地理位置和标准时间来确定。参考目前世界通用的算法，涉及到赤纬角和时角的大致有二种算法算法L，采用中国国家气象局气象辐射观测方法；算法2，采用世界气象组织气象和观测方法。由此可以看出，该种跟踪方案不论采取何种算法，算法过程都十分复杂，计算量的增大会增加控制系统的成本。而且这种跟踪装置为开环系统，无角度反馈值做比较，因而为了达到高精度跟踪的要求，不仅对机械结构的加工水平有较严格的要求，而且与仪器的安装是否正确关系极为密切。工程生产中必须要求机械结构加工精度足够高。2光电跟踪传统的光电跟踪是采用一级传感器跟踪方式，这种跟踪系统，原则上由三大部件组成位置检测器、控制组件、跟踪头。位置检测器主要由性能经过挑选的光敏传感器组成，如四象限光电池、光敏电阻等。控制组件主要接受从位置检测器来的微弱信号，经放大后送到跟踪头，跟踪头实为跟踪装置的执行元件。3视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合由上述讨论可知，开环的程序跟踪存在许多局限性，主要是在开始运行前需要精确定位，出现误差后不能自动调整等。因此使用程序跟踪方法时，需要定期的人为调整跟踪装置的方向。而传感器跟踪也存在响应慢、精度差、稳定性差、某些情况下出现错误跟踪等缺点。特别是多云天气会试图跟踪云层边缘的亮点，电机往复运行，造成了能源的浪费和部件的额外磨损。如果两者结合，各取其长处，可以获得较满意的跟踪结果。在视日运动轨迹跟踪的基础上加两个高精度角度传感器。当跟踪装置开始运行时，用两片高精度角度传感器初始定位，在运行当中，以程序控制为主，角度传感器瞬时测量作反馈，对程序进行累积误差修正。这样能在任何气候条件下使聚光器得到稳定而可靠的跟踪控制。这种跟踪方案跟踪精度高，工作过程稳定，应用于目前许多大型太阳能发电装置。但计算过程十分复杂，高精度角度传感器成本也很高，对于需要降低成本的小型太阳能利用装置来讲，该种跟踪方式并不十分适用。充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605上所述，本设计选用光敏电阻光强比较法，光敏器件选为光敏电阻。利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将四个完全相同的光敏电阻1、2、3、4分别放置于一块电池板的四个边界处，每两个相对，如图21所示。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，其中每相对两个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减少，接收光强少的光敏电阻阻值增大，这样就产生了差值，从而通过控制部分驱动电动机转动，直至相对两个光敏电阻上的光照强度相同，称为光敏电阻光强比较法。图21光敏电阻位置233机械部分方案设计本追光系统采用双轴跟踪方法，即太阳能电池板通过绕数值轴和水平轴独立动作而改变系统的方向角和俯仰角。本双轴自动追光系统的机械部分由太阳能电池板（中间带有光电传感器）、T型支架、连杆、凸轮、蜗轮蜗杆减速机构和2个步进电机组成。如图22所示7。由步进电机A带动经蜗轮蜗杆减速器减速后驱动T型支架（上装有竖直轴）实现水平方向转动，即方向角的调整。由步进电机B带动齿轮齿条机构使太阳能电池板绕水平轴转动而实现对俯仰角的调整。通过对步进电机的控制，从而使太阳能电池板与太阳光线垂直。可自动追踪太阳的单体的发电系统设计6图22跟踪系统结构简图充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976373、机械部分设计31回转齿轮传动设计小齿轮转矩，转速，传动比。MNT762MIN/9102RN102I311选精度等级、材料和齿数采用7级精度由表61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。选小齿轮齿数15Z大齿轮齿数取1502I2Z312按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行试算，即32112HEDTTZUTKD1）确定公式各计算数值（1）试选载荷系数6TK（2）计算小齿轮传递的转矩MNT762（3）小齿轮相对两支承非对称分布，选取齿宽系数80D（4）由表63查得材料的弹性影响系数2/189MPAZE（5）由图614按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限H601LIM大齿轮的接触疲劳强度极限PA52LI（6）由式611计算应力循环次数可自动追踪太阳的单体的发电系统设计88110478301960HJLNN7829754（7）由图616查得接触疲劳强度寿命系数01NZ802NZ（8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为1，安全系数为S1，由式1012得MPASZHN57069501LIM1H3982LI2（9）计算试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值TD1MT328591087632231计算圆周速度VSNDT/7260174106计算齿宽BMDBT3281计算齿宽与齿高之比B/H模数MZDMTNT81532齿高342/7/2HBNT计算载荷系数K根据，7级精度，查得动载荷系数SMV/0021VK假设，由表查得NBFTA1FH充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605于载荷中等振动，由表52查得使用系数251AK由表查得31HK查得28F故载荷系数658130215HVAK（10）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得MDTT2/8/331（11）计算模数ZM915/62/1313按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为321FSDNYZKT（1）确定公式内的计算数值由图615查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPAFE501大齿轮的弯曲疲劳强度极限382由图616查得弯曲疲劳寿命系数901NZ2N计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数为S13，得MPASZFENF234615091FEF7822计算载荷系数63218015FVAK（2）查取齿形系数可自动追踪太阳的单体的发电系统设计10由表64查得821FAY23FA（3）查取应力校正系数由表64查得51SAY7612SA（4）计算大小齿轮的，并比较F014562733465821FSAY大齿轮的数据大（5）设计计算MM5310461580763233对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数M大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数153MM，并圆整取第一标准模数值M20MM，并按接触强度算得的分度圆直径D65281算出小齿轮齿数取314/MZ15Z大齿轮齿数012I314几何尺寸计算（1）计算分度圆直径MZD3021521（2）计算中心距A15/12（3）计算齿宽宽度取BD4308B22综合整理两级齿轮参数如下表参数选择序号名称符号小齿轮大齿圈1齿数Z151502模数M2MM充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或1304139763113分度圆直径21DM30,4齿顶高AH25齿根高F56全齿高HM47顶隙C08齿顶圆直径21D3,9齿根圆直径43F295,10齿宽21BM0,11中心距A1632齿轮齿条的设计321齿轮齿条的材料选择齿条材料的种类很多，在选择过程中应考虑的因素也很多，钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面硬度，故适用于来制造齿轮。由于该齿轮承受载荷比较大，应采用硬齿面（硬度350HBS），故选取合金钢，以满足强度要求，进行设计计算。322齿轮齿条的设计与校核（1）功率设V为最低起钻速度（米/秒），F为以V起升时游动系统起重量（理论起重量，公斤）。起升功率FPFN310取08（米/秒）VWP803由于整个俯仰机构由两个齿轮齿条所带动，所以每部分的平均功率为可自动追踪太阳的单体的发电系统设计12WP4028转矩公式NMM591TN所以转矩TMNN1205式中N为转速（单位R/MIN）（2）各系数的选定计算齿轮强度用的载荷系数K，包括使用系数、动载系数、齿间载荷分配系数AKV及齿向载荷分配系数，即KKAV使用系数取135；A取10。VK对于直齿轮及修形齿轮，取。1HFK取齿轮载荷分布系数137。综上所述，最终确定齿轮系数K1351113718AV（3）齿轮传动的设计参数、许用应力的选择选压力角20，对于20的标准直齿轮，应取Z17，这里取Z20，取齿宽系数06。D齿轮的许用应力NLIMKS式中S疲劳强度安全系数。对于接触疲劳强度计算时，取S1；进行齿根弯曲疲劳强度计算时，取S12515。考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。应力循环次数N的计N算方法是设N为齿轮的转速（单位为R/MIN）；J为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合次数；为齿轮工作寿命（单位为H），则齿轮工作应力循环次数N按下式计算HLN60NJHL充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976313N暂取10，则N60102500015。710102501025000HHL查机械设计表1018可得13。NK齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用代入；接触疲劳极限用代入，查机LIMFEHLIM械设计图1021得980。1500HLIM13S1HNK1950HLIM13980274MPAS850S14780FEMPAFNK6071（双向工作乘以07）42497780154HFEPAS当齿数Z2017时，齿形系数28297应力校正系数155152FAYSAY基本参数选择完毕（4）齿轮的设计计算齿轮的设计计算公式32FASDYKTMZKM开式齿轮磨损系数，KM125（机械设计手321FSADMYZTK册（3卷）14134）转矩NMM（1式）590PTN61NMZV所以V08N8992/M（2式）238将1式、2式及各参数代入计算公式得M823157065982可自动追踪太阳的单体的发电系统设计14解得；20723M取M2那么N175，取N18NM551046109T齿面接触疲劳强度计算公式E3DHZKTU122（）式中的单位为MPA，D的单位为MM，其余各符号的意义和单位同前。H由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以1U1为弹性影响系数，单位，其数值查机械设计表，取1898EZ12MPAEZ12MPA计算，试求齿轮分度圆直径45675MME3DHZKTU122（）325174896048通过模数计算得M2，Z18所以分度圆直径D21836MM所以取两者偏大值D36MM计算齿宽B0636216MMD齿高H225M225245MM最终确定齿轮数据模数M2齿数Z18分度圆直径D36MM齿高H45MM齿宽B25MM转速N90R/MIN33轴及键的设计331尺寸与结构设计计算1）轴上的功率P1,转速N1和转矩T1，KWP40MIN/901RMNT4212）初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料45钢，调质处理。根据机3PDCN械设计表113，取，于是得12充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976315MD18904123该处开有键槽故轴径加大510，且高速轴的最小直径显然是安装齿轮处的直径。取；。1L213）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（A）为了满足大带轮的轴向定位的要求2轴段左端需制出轴肩，轴肩高度轴肩高度，取故取2段的直径，长度。DH07MH1MD14ML20（B）初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力的作用，故选用深沟球轴承。根据，查机械设计手册选取0基本游隙组，标准精度级的深沟球轴承6203，故142，轴承采用轴肩进行轴向定位，轴肩高度轴肩高度，取D573DH07，因此，取。MHMD1864（C）齿轮处由于齿轮分度圆直径，故采用齿轮轴形式，齿轮宽度601B20MM。另考虑到齿轮端面与箱体间距10MM以及两级齿轮间位置配比，取，ML74。ML64）轴上零件的周向定位查机械设计表，联接齿轮的平键截面。MLHB146332强度校核计算1）求作用在轴上的力已知高速级齿轮的分度圆直径为，根据机械设计（轴的设计计算部分未MD60作说明皆查此书）式1014，则NTGFDTNTRT7568207184A06923NP52）求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取A值。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面C是轴的危险截面。先计算出截面C处的MH、MV及M的值列于下表。载荷水平面H垂直面V可自动追踪太阳的单体的发电系统设计16支反力F，NNH143NFH126，NFV237156C截面弯矩MMLNH8532MMLANV1432总弯矩MV685222MAX扭矩T9803）按弯扭合成应力校核轴的强度根据式155及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算60应力MPAWTMCA6128201986843222已选定轴的材料为45CR，调质处理。由表151查得。因此，70P11CA故安全。4）键的选择充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976317采用圆头普通平键A型（GB/T10961979）连接，联接齿轮的平键截面，。齿轮与轴的配合为，滚动轴承与轴的MLHB146MPAP1076HR周向定位是过渡配合保证的，此外选轴的直径尺寸公差为。M333键的校核（1）选择键联接的类型和尺寸齿轮处选用单圆头平键，尺寸为LHB146（2）校核键联接的强度键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为MPAP20键的工作长度MBL12641，合适PPMADLKT58050213134其他辅助零件设计341滑杆与摇块的设计滑杆一侧与摇块半圆弧配合，一侧加工有齿条与齿轮啮合提供滑杆滑动的动力，滑杆和摇块的结构尺寸如下图示可自动追踪太阳的单体的发电系统设计18图31滑杆及摇块结构尺寸342底座设计回转支承有上部体、下部体、滚珠构成，上部体与平台通过螺栓连接，下部体通过螺栓与底座连接。其结构如下图32所示充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976319图32底座可自动追踪太阳的单体的发电系统设计204、控制系统设计41硬件部分设计411光电转换电路光电转换器接收太阳光，将光信号转换成电信号，单片机根据采集来的信号进行分析比较，得出结果最终控制步进电动机的转动与转向来达到太阳能电池面板始终垂直于入射光线，从而达到最高效率的利用太阳能。本设计的光敏器件选为光敏电阻。利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处，另将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板南北方向边沿处。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减少，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同。如图41所示为光电转换电路是其中的一组，另一组电路与此相同17。当阳光正对太阳能板时，光敏电阻R1、R2阻值相等，U1、U2电压相等。运算放大器的输出的电压为零，则单片机收到的信号为零，所以单片机不控制电动机转动。若阳光发生倾斜，使RL被阳光照射较R2强，即呈低电阻，则U1U2。运算放大器是一个减法器，其输出为U2与U1的电压差值的常数倍。因为U2与U1的电压差值可正可负，从而，可通过单片机来控制步进电机的正反转。UO1RI/RZRI/RZRIU2RI/RZU1RI/RZU2U1图41光电转换电路412步进电动机及驱动电路4121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，故选用充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或13041397632157BYGH1001混合式步进电机。它的型号57BYGH1001，电压V5，电流A3，电阻14，最大静力矩NCM200，机身长MM100，输出轴直径MM10，转动惯量GCM215，重量KG650。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2000N，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0127MM，4）工作电压5V，5）相电流312AMPS，6）相电阻16，7）相电感88MH，9）功耗312W,10最高温度130C，11）重量23KG，12）绝缘电阻20。4122驱动电路步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须用步进电动机驱动电路来实现，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。本设计选择专用环形分配器器件CH250和单电压功率放大电路来作为驱动电路。（1）脉冲分配器中由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电路，它根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加在脉冲放大器上，使步进电动机按确定的运行方式工作。本设计选择CH250环形脉冲分配器12，且选择工作方式为三相六拍，如图42所示。图42CH250三相六拍接法（2）单电压功率放大电路12如图43所示，A、B、C分别为步进电机的三相，每项有一组放大器驱动。放大器输入端与环形脉冲分配器相连。在没有输入时，3DK4和3DD15功率晶体管均截止，绕组中无电流通过。电动机不转。当A相得电时，电动机转动一步。当脉冲依次加到A、B、C三个输入端时，三组放大器分别驱动不同的绕组，使电动机一步一步地转动。电路中与绕组并联的二极管VD起续流作用，即在功放管截止时，使储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。可自动追踪太阳的单体的发电系统设计22图43单电压功率放大电路与绕组W串联的电阻R为限流电阻，限制通过绕组的电流不致超过其额定值，以免电动机发热厉害而烧坏。R的阻值一般在520范围内选取。该电路结构简单，但R值串联在大电流回路中要消耗能量，使放大器功率降低。同时由于绕组电感L较大，电路对脉冲电流的反应较慢，因此，输出脉冲波形差、输出功率低。这种放大器主要用于对速度要求不高的小型步进电机中。413单片机及其输入电路4131三菱FX1N14MR001单片机目前三菱PLC已经广泛应用于农业、渔业、交通、食品工业，制造业，娱乐业、健康和医疗，健康和环境PLC是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术，计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。目前PLC已基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。三菱PLC系列目前主要有FX1N系列,FX1S系列,FX1N系列,FX2N系列,FX2N系列,FX3U系列,FX3UC,Q系列,A系列,L系列。型号参数面价FX1N60MR001输入点36，24点继电器输出4680FX1N40MR001输入点24,16点继电器输出4030FX1N24MR001输入点14,10点继电器输出3330FX1N14MR001输入点8,6点继电器输出2310FN1N60MRD输入点36，24点继电器输出直流供电4490FN1N40MRD输入点24,16点继电器输出直流供电4010FN1N24MRD输入点14,10点继电器输出直流供电2990FX1N60MT001输入点36，24点晶体管输出4800充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976323FX1N40MT001输入点24,16点晶体管输出4130FX1N24MT001输入点14,10点晶体管输出3400FX1N14MT001输入点8,6点晶体管输出2400FX1N60MTD输入点36，24点晶体管输出直流供电4600FX1N40MTD输入点24,16点晶体管输出直流供电4100FX1N24MTD输入点14,10点晶体管输出直流供电3100上表列出了三菱PLC常用型号的参数及价格，根据本次系统功能要求简单单一，被控对象为机、电之间的控制，且所需输入、输出通道约68个即可，因此最终选择价格便宜性能优越的三菱FX1N14MR001单片机。三菱FX1N14MR001单片机内置8个点输入/6个点输出继电器,AC电源，特点如下系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备；密码保护，使用一个八位数字密码保护您的程序。4132单片机的输入电路输入信号通过运算放大器后得到的是模拟量，须用A/D转换器如A/D0809，来输入单片机。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件19。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。（1）ADC0809的内部逻辑结构可自动追踪太阳的单体的发电系统设计24图45A/D0809内部逻辑结构由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。（2）引脚结构图46A/D0809引脚IN0IN78条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0IN7上的一路模拟量输入。数字量输出及控制线8条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（），VREF（）为参考电压输入。414系统的整体电路图根据以上分立元件的研究，确定了如下图47所示的系统整体电路图2021。充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976325图47整体电路图42软件设计421系统的流程图如图48所示，为该系统的简易流程图。可自动追踪太阳的单体的发电系统设计26图48系统流程图422程序设计根据流程图，PLC控制程序梯形图如下充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976327使用的语言为汇编语言，具体程序如下ORG000HLJMPMAIN；跳转到主程序；主程序MAINDTEQUBDATAEQU0ADDREQU1READTIME1MOVA,2MOVADDR,AMOVA,30HMOVDATA,AMOVA,0A3HMOVDT,A可自动追踪太阳的单体的发电系统设计28CALLREADNMOVA,32HCJNZA,06H,READTIME1READTIME2MOVA,2MOVADDR,AMOVA,30HMOVDATA,AMOVA,0A3HMOVDT,ACALLREADNMOVA,30HORLA,00HJNZREADTIME2MOVA,31HORLA,OOHJNZREADTIME2MOVR619HMOVR7,00HJMPRUBA；跳转到步进电机控制子程序MOVA,32HCJNZA,12H,READTIME2；返回控制子程序BACK1MOVA,12H；控制东西向步进电机返回起始位置BBMOVR6,19HMOVR7,00HJMPRUBADJNZBBWDMOVR6,01HMOVR7,00HJMPRUBBRET；返回；读计时芯片子程序READNNOPCALLDELAY2MNOPMOVA,8；读取字节数充值下载文档就送你CAD图纸全套毕设，联系QQ414951605或130413976329MOVB_COUNT,AMOVA,DTCALLBSTART；产生起始位CALLTX；写入器件地址MOVA,ADDRCALLTX；写入24C01读起始地址MOVA,ADDRCALLTXMOVA,DTSETBACC0；写操作CALLBSTARTCALLTXRDDCALLRXMOVR0,A；存放读取结果INCR0