【《某太阳能追踪机构的回转装置结构设计案例》3600字】

绪论II某太阳能追踪机构的回转装置结构设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u20604某太阳能追踪机构的回转装置结构设计案例 1197701.1结构运动原理 130221.2方位轴装置的设计 2230041.2.1方位轴蜗轮蜗杆的设计 365931.2.2涡轮轴承的选用 4178151.2.3蜗杆轴承的选用 56331.2.4方位轴装置的外壳设计 6168531.3高度轴装置的设计 6153971.1.1高度角蜗轮蜗杆的设计 753041.1.2涡轮轴承的选用 788091.1.3蜗杆轴承的选用 8105741.1.4高度轴装置的外壳设计 8251241.4太阳能面板支架的设计 9304001.4.1大支撑梁的设计 9175391.4.2小支撑梁的选用 1075861.4.3大梁与小梁的连接件 10234171.5立柱的设计 101.1结构运动原理整体装置为立柱型，回转装置安装在一个立柱上，太阳能两个面板分别由支撑架固定在下方的大梁上，大梁的轴端连接着太阳能高度轴回转装置上，其下方安装着太阳方位轴装置，上述的机构都安装在一根立柱上，立柱固定在地面上，以上是太阳能回转装置的整体构造。装置的运动原理如下，太阳的光线照射到装置的光敏原件上，光敏原件接收型号转换成电路信号发送到放大器件上，也就是中央处理器通过处理器的运算处理将处理后的信号发送到步进电机上，实现步进电机的运转，安装在装置上步进电机带动一系列的传动构件带动光伏组件，光伏组件上安装的是太阳能面板，因此使太阳面板一直垂直与太阳光线，由以上运动过程完成对太阳的追踪。其装置的结构如图7所示。图7太阳能回转装置总图①C型梁；②固定支板；③大梁；④支杆；⑤太阳能面板；⑥电动机；⑦竖轴轴承端盖；⑧方位轴装置；⑨仰角轴装置；⑩立柱；⑪蜗杆轴承端盖；⑫仰角轴装置端盖。图8跟踪装置示意图1.2方位轴装置的设计方位轴装置用于调节太阳能面板方位角度，其结构的组成是已蜗轮蜗杆为核心传动构件的结构，其它的是步进电机两个轴的轴承，外壳和端盖。其运动的原理是步进电机带动蜗杆做旋转运动，蜗轮蜗杆传动，涡轮轴端定位在立柱上，外壳上有四个螺栓孔连接高度轴装置，高度轴是与太阳能面板间接连接的，因此控制着面板的方位轴方向的调节。因为是水平蜗轮蜗杆减速装置，其轴向承载着整个上端结构的重量。在设计过程中也要考虑到装置的稳定性，能够有足够的承载，运转的稳定性。装置的外观图和内部透视图如图9所示。(a)整体图(b)透视图图9蜗轮蜗杆减速器三维模型图1.2.1方位轴蜗轮蜗杆的设计1.蜗杆参数根据国标推荐，选择（ZA）蜗杆传动。转速n1材料为45号钢，表面淬火处理。蜗杆的头数Z1=1，涡轮的齿数为Z22.传动零件的设计计算确定许用应力，查表。许用接触应力σHP许用弯曲应力σFP齿轮应力循环次数Nl=60n查得Zn=1.45Yn许用接触应力σHP许用弯曲应力σFP1.齿面接触疲劳强度校核验算公式σH=Z查表得ZE=155Nmm2KA=0.9Kβ带入公式σ即校核通过。4.涡轮齿根弯曲强度校核验算公式σ则ZV得YFS=8.55Yσ即校核通过5.蜗轮蜗杆表1蜗轮蜗杆参数参数蜗杆涡轮齿数182模数88传动比3131分度圆直径80248齿顶圆26499.2齿根圆228.864导程角5°42′36″5°42′36″压力角20°20°旋向右旋右旋6.蜗轮轴计算涡轮轴的阻力距为T2=5N∙设蜗轮上的力Ft=1.8NFr=0.21N确定轴的最小直径材料为45号钢,查表得A0代入公式dmin=A03T图10平蜗轮蜗杆图1.2.2涡轮轴承的选用该轴承根据工作条件的要求决定选用51140推力球轴承，粗略计算轴向载荷为Fa=2700N，转速n=100r/min。使用寿命为Lh=5000h查表，当量动载荷P=fd轴承的的基本额定动量载荷C=Pε验算轴承寿命L即高于预计寿命。图1151140推力球轴承1.2.3蜗杆轴承的选用该轴承根据工作条件的要求决定选用30211圆锥滚子轴承，粗略计算轴向载荷为Fa=2700N，径向载荷为Fr=1000N轴承转速n=100r/min。使用寿命为Lh=5000he=0.4,Y=1.5。计算轴承支反力水平支反力RH1=514N垂直支反力RV1=608N合成支反力R1R2计算轴承派生轴向力S1S2Fa轴向载荷AA当量动载荷x1=0.4y1=1.5P1P2=寿命的计算因为P1>P2，取P2Lh=10即高于预计寿命。图1230211圆锥滚子轴承1.2.4方位轴装置的外壳设计装置的外壳是用于支撑和固定轮系零件并且保证传动件的传动精度和良好的稳定性，材料选择铸铁，上端以4个M20螺栓孔连接俯仰角回转装置，下端以12个M10螺栓孔连接轴承端盖。如图13所示。图13方位轴装置的外壳1.3高度轴装置的设计方位轴装置用于调节太阳能面板高度角度，其结构的组成是已蜗轮蜗杆为核心传动构件的结构，其它的是步进电机两个轴的轴承，外壳和端盖。其运动的原理是步进电机带动蜗杆做旋转运动，蜗轮蜗杆传动，外壳下端有四个螺栓孔连接水平轴装置，涡轮两侧轴端连接太阳能面板下的大梁端面，因此高度轴的回转运动控制着面板的高度轴方向的调节。因为是水平蜗轮蜗杆减速装置，其径向承载着整个上端结构的重量。在设计过程中也要考虑到装置的稳定性，能够有足够的承载，运转的稳定性。装置的外观图和内部透视图如图14所示。(a)整体外观图(b)透视图图14蜗轮蜗杆减速器三维模型图1.1.1高度角蜗轮蜗杆的设计竖立蜗轮蜗杆装置在支撑和承载与竖立蜗轮蜗杆装置在同一范围，在简化设计工作的原则下，采用和竖立蜗轮蜗杆装置相同的蜗轮蜗杆的基本数据，其中包括选定蜗轮蜗杆类型、精度等级、材料及齿数。表2蜗轮蜗杆参数参数蜗杆涡轮齿数182模数88传动比3131分度圆直径80248齿顶圆26499.2齿根圆228.864导程角5°42′36″5°42′36″压力角20°20°旋向右旋右旋图15高度角蜗轮蜗杆1.1.2涡轮轴承的选用该轴承根据工作条件的要求决定选用32040圆锥滚子轴承，粗略计算轴向载荷为Fa=3000N，径向载荷为Fr=3000N轴承转速n=100r/min。使用寿命为e=0.4,Y=1。1.计算轴承支反力水平支反力RH1=1500N垂直支反力RV1=1500N合成支反力R1R2计算轴承派生轴向力SS2S2轴向载荷A当量动载荷x1=1y1=1.5P1P22.轴承寿命的计算因为P1=P2，取PLh=10即高于预计寿命。图1532040圆锥滚子轴承1.1.3蜗杆轴承的选用竖立蜗轮蜗杆装置在支撑和承载与水平蜗轮蜗杆装置在同一范围，在简化设计工作的原则下，采用和竖立蜗轮蜗杆装置相同的蜗轮蜗杆的基本数据，其中包括选定蜗轮蜗杆类型、精度等级、材料及齿数。因此采用和水平蜗轮蜗杆装置的蜗杆配套轴承，选用30211圆锥滚子轴承。1.1.4高度轴装置的外壳设计装置的外壳是用于支撑和固定轮系零件并且保证传动件的传动精度和良好的稳定性，材料为铸铁，上端以左右各以12个M10螺栓孔连接轴承端盖，下端4个M20螺栓孔连接俯仰角回转装置。如图16所示。图16高度轴装置的外壳1.4太阳能面板支架的设计太阳能面板支架用于连接固定回转装置与太阳能面板的中间结构，承载着太阳能面板的所有重量，并且在装置在做回转运动时有工作冲击与振动，还有室外环境的考验，因此在设计时保证太阳能面板支架结构的可靠性十分重要。由于左右支架结构呈对称设计，各个零部件一样，所以举左侧结构展示，如图17所示。图17太阳能面板支架①太阳能面板；②c型结构梁；③方型支撑杆；④大梁；⑤大梁下固定挡板；⑥c型梁卡扣。1.4.1大支撑梁的设计大梁用于连接固定回转装置与太阳能面板的中间结构，承载着太阳能面板的所有重量，并且在装置在做回转运动时有工作冲击与振动，还有室外环境的考验，因此在设计时保证大梁的可靠性尤为重要。大梁的形状横截面为正方形的柱体，材料为铝合金，整体尺寸为170mm×170mm×14000mm,厚度为5mm，连接装置端有M16螺栓打孔，端部加固5mm围墙，每面各一个的四个厚度5mm。如图18所示。（a）整体图（b）端面图图18大支撑梁1.4.2小支撑梁的选用小支撑梁用于连接固定大梁与太阳能面板的中间结构，承载着部分太阳能面板的重量，在装置在做回转运动时起支撑的重要作用。选用c型结构梁，材料为铝合金，截面为厚度2.5mmc型结构梁，整体尺寸为52mm×41mm×1600mm。如图19所示。（a）整体图（b）端面图图19小支撑梁1.4.3大梁与小梁的连接件连接件在结构中起连接和支撑的功能，所占的角色十分重要，所有在设计时在结构和选材上都优选强度够用的。材料都为铝合金。如图20所示。（c型梁卡扣）（大梁支撑板）（支撑杆）图20连接件1.5立柱的设计立柱用于连接固定回转装置与地面