便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)外觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+三維SW+文檔】
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中期進(jìn)展情況報告表
單位： 專業(yè)：
學(xué)號
姓名
課題名稱
便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)外觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
項(xiàng)目
檢查情況
畢業(yè)設(shè)計(jì)及外文翻譯已完成的任務(wù)
1、 已設(shè)計(jì)并畫出本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的三維模型；
2、 已完成外文翻譯。
是否符合任務(wù)書要求進(jìn)度：是
未完成的任務(wù)
1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書未寫完；
2、 未出2D工程圖；
3、 未完成運(yùn)動仿真的制作。
能否按期完成任務(wù)：能
存在的問題和擬采取的解決辦法
存在的問題：
由于是初學(xué)solidworks軟件，還不怎么熟悉運(yùn)動仿真的制作。2D工程圖的工作工具也不怎么會做。
擬采取的辦法：
對于制作運(yùn)動仿真，應(yīng)多看相關(guān)書籍，并請求老師給予相關(guān)知識的指導(dǎo)；對于要畫2D工程圖，可先將2D工程圖轉(zhuǎn)換成.dwg格式，在用我們所學(xué)過的CAXA來編輯。
指導(dǎo)教師意見
任務(wù)書
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容
新能源是二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，“取之不竭、用之不盡”。在各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。而太陽能發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，地形多樣和居住分散的現(xiàn)實(shí)條件下，有著非常獨(dú)特的作用。本設(shè)計(jì)以便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)為載體，完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。進(jìn)一步提升專業(yè)技能，為踏上工作崗位做好準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有一下幾點(diǎn)：
1、收集關(guān)于便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的相關(guān)知識，了解現(xiàn)有便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)；
2、熟悉便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的工作原理及過程；
3、查閱相關(guān)資料，熟悉機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件的加工工藝、工程力學(xué)、工程制圖等與本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的知識；
4、熟練掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件；
5、對便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃及分析，反復(fù)對方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化；
6、完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
7、完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析；
8、完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)零件材料的選用及其工藝分析；
9、完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖的繪制；
10、完成零件拆、裝過程及運(yùn)動仿真視頻動畫的制作；
二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)
本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題需要掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件加工工藝、工程力學(xué)、工程制圖等相關(guān)知識及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技能。本課題需要提交的數(shù)據(jù)及資料主要有以下方面：
1、在設(shè)計(jì)之前必須對方案進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃及分析；
2、便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，提交合理、完整的3D模型；
3、便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析，并提供結(jié)果；
4、零部件裝配正確合理，并提供干涉分析結(jié)果；
5、2D工程圖要整潔規(guī)范，必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)，并提交規(guī)范完整圖紙；
6、機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真及零件拆、裝過程視頻動畫畫面要清晰，并提交AVI視頻文件；
7、外文資料翻譯和畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）的內(nèi)容及字符要符合“畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書”的要求；
8、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的格式必須符合 “20xx年畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書統(tǒng)一格式”的要求；
9、各個文件資料所需填寫的時間必須符合“20xx年畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)管理辦法”的要求；
10、答辯PPT課件能清晰體現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的設(shè)計(jì)思路，并且版面簡介；
三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作
1、完成開題報告的撰寫；
2、完成中期檢查表的填寫；
3、完成二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）；在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中必須包括詳細(xì)的300-500個單詞的英文摘要；
4、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）；
5、對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃及分析，反復(fù)對方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化；
6、完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
7、完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析；
8、完成材料的選用及其工藝分析；
9、完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖的繪制；
10、完成工作量折合A0圖紙3張以上，其中必須包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙；
11、完成零件拆、裝過程及運(yùn)動仿真視頻動畫的制作；
12、完成答辯PPT課件的制作；
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
至少查閱以下所列出的參考文獻(xiàn)5篇以上。
[1] 申愛民. UG NX 6.0機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國鐵道出版社，2011
[2] 段國忠. UG NX 6.0中文版產(chǎn)品設(shè)計(jì)教程[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2009
[3] 孫嵐、陳德俊. 設(shè)計(jì)啟蒙:工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M]. 廣西:廣西美術(shù)出版社，2009
[4] 郁文娟. 塑料產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007
[5] 黃森彬. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京: 高等教育出版社，2007
[6] 小栗達(dá)男. 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[7] 吳宗澤. 簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，1997
[8] 張阿維. 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)教程-產(chǎn)品設(shè)計(jì)[M]. 北京理工大學(xué)出版社，2006
[9] 中國工業(yè)設(shè)計(jì)在線 http://ind.dolcn.com/
[10] Joseph E. Shigley. standard handbook of machine design（2nd Edtion）. McGraw-Hill,2009
五、試驗(yàn)、測試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件
所需主要儀器設(shè)備及條件如下：
1、 微型計(jì)算機(jī)一臺;
2、 機(jī)械CAD軟件一套
任務(wù)下達(dá)時間：
20xx年12月17日
畢業(yè)設(shè)計(jì)開始與完成時間：
20xx年12月17日至 20xx年05 月26日
組織實(shí)施單位：
教研室主任意見：
簽字： 20xx年12月14日
院領(lǐng)導(dǎo)小組意見：
簽字： 20xx 年12月16日
開題報告
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)以便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)為載體，完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。從而進(jìn)一步提升自己的專業(yè)技能，為日后踏上工作崗位做好準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有一下幾點(diǎn)：
1、收集并了解便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的相關(guān)知識和它的外觀及結(jié)構(gòu)，且能夠弄懂它的工作原理及工程過程；
2、復(fù)習(xí)回學(xué)過的課程，如、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、工程力學(xué)、工程制圖等，查閱相關(guān)資料，熟悉機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件的加工工藝等與本課題相關(guān)的知識，
并學(xué)習(xí)CAD、pro/E等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件；
3、在了解便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)工作原理后，對其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃分析及其論證，并進(jìn)行修改及優(yōu)化；；
4、然后完成該系統(tǒng)的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與其對其相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)的計(jì)算和分析，并完成該系統(tǒng)相關(guān)零件材料的選用及其工藝分析。
5、繪制便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖，最后完成零件拆、裝過程及運(yùn)動仿真視頻動畫的制作。
二、重點(diǎn)
1.便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
2.產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖的繪制，以及運(yùn)動仿真視頻動畫的制作；
三、難點(diǎn)
1.對便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的工作原理及過程進(jìn)行學(xué)習(xí)；
2.對傳統(tǒng)的便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)；
3.畫便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)三維圖，以及運(yùn)動仿真視頻動畫的制作。
2．準(zhǔn)備情況（查閱過的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等）
一、查閱過的文獻(xiàn)資料：
[1] 黃森彬. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京: 高等教育出版社，2007
[2] 郁文娟. 塑料產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007
[3] 孫嵐、陳德俊. 設(shè)計(jì)啟蒙:工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M]. 廣西:廣西美術(shù)出版社，2009
[4] 段國忠. UG NX 6.0中文版產(chǎn)品設(shè)計(jì)教程[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2009
[5] 申愛民. UG NX 6.0機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國鐵道出版社，2011
[6] 小栗達(dá)男. 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2007
[7] 吳宗澤. 簡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，1997
[8] 張阿維. 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)教程-產(chǎn)品設(shè)計(jì)[M]. 北京理工大學(xué)出版社，2006
[9] Joseph E. Shigley. standard handbook of machine design（2nd Edtion）. McGraw-Hill,2009
二、調(diào)研情況：
了解課題內(nèi)容,查閱有關(guān)中英文文獻(xiàn)，復(fù)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件的加工工藝、工程力學(xué)、工程制圖等與本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的知識，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。
新能源是二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，“取之不竭、用之不盡”。在各國政府都將太陽能資源利用作為國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。而太陽能發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，地形多樣和居住分散的現(xiàn)實(shí)條件下，有著非常獨(dú)特的作用。
能源是人類社會存在和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前的世界能源以 煤炭、石油和天然氣等化石能源為主體。而化石能源是不可再生的資源，并且在生產(chǎn)和消費(fèi)過程中產(chǎn)生大量污染物，破壞生態(tài)環(huán)境。太陽能作為一種新型能源，以其資源豐富、清潔環(huán)保、受地域限制小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
三、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件
1、 計(jì)算機(jī);
2、 機(jī)械CAD軟件和pro/E三維軟件。
3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
一、實(shí)施方案
1.硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)分為控制器和逆變器兩大部分。實(shí)現(xiàn)對蓄電池的充電和 保護(hù)以及產(chǎn)生２２０Ｖ的交流電供負(fù)載使用。隔離電路主要防止模塊電路 之間的干擾。 控制器的設(shè)計(jì) 控制器采用了ＰＩＣ單片機(jī)作為核心控制單元，采用ＭＯＳ管作為 充、放電控制管和保護(hù)管，減小了系統(tǒng)功耗和開關(guān)工作速度。為實(shí)現(xiàn)可 靠工作，對／ｄＯＳ管的驅(qū)動采用光電耦合方式，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)模信號的隔離。
2．外觀設(shè)計(jì)
光伏發(fā)電箱的長和寬根據(jù)太陽能電池板的大小而定，其高度根據(jù) 蓄電池的直徑而定。箱體中的備用空間可放一些備用物，如燈泡、充電 器等等。主板上應(yīng)留有燈泡接口和插座，這樣，夜晚將燈泡擰至接口上 就可以使用了；插座可放一對兩孑Ｌ和一對三孔的，便于２２０Ｖ交流輸出。
二、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃
20xx年12月28日—20xx年1月5號，完成開題報告；
20xx年1月6日—20xx年3月05日，收集關(guān)于便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的相關(guān)知識，了解現(xiàn)有便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)；
20xx年3月06日—20xx年3月10日，完成專業(yè)相關(guān)的四萬字符左右英文翻譯，
以及熟悉便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的工作原理及過程；
20xx年3月11日—20xx年4月21日，熟悉機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件的加工工藝、工程力學(xué)、工程制圖等與本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的知識，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件；
20xx年4月22日—20xx年5月05日，對便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃及分析，反復(fù)對方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化；
20xx年5月06日—20xx年5月12日，完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析；
20xx年5月13 日—20xx年5月19日，完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)零件材料的選用及其工藝分析，產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖的繪制，以及零件拆、裝過程及運(yùn)動仿真視頻動畫的制作；
20xx年5月20日—20xx年5月26日，打印畢設(shè)成果，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文撰寫，導(dǎo)師審核，所有文本和圖紙的打印，準(zhǔn)備答辯。
三、預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文；
2. 翻譯與課程相關(guān)的英語論文；
3. 零件及裝配部件的3D和2D工程圖，工作量折合A0圖紙3張，其中包含兩張A3的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙；
4. 運(yùn)動仿真視頻動畫。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師（簽字）：
20xx年12月 日
開題小組意見
開題小組組長（簽字）：
20xx年 1 月 日
院（系、部）意見
主管院長（系、部主任）簽字：
20xx年 1 月 日
- 4 -
摘 要
新能源是二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔，高效和永不衰竭的新能源，"取之不竭，用之不盡"。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，偏遠(yuǎn)地區(qū)太陽能豐富，而且如今傳統(tǒng)的供電方式未能覆蓋到那些地區(qū)，又或者去野外考察和旅游的時候，電子設(shè)備得不到及時的充電，使工作的進(jìn)行產(chǎn)生很大的困難。而本設(shè)計(jì)——便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)的產(chǎn)生，很好的解決了這一難題，本設(shè)計(jì)從便攜式和實(shí)用性出發(fā)，經(jīng)過對現(xiàn)有產(chǎn)品以及實(shí)際需求等多方式的考察，最終優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類似于便攜式旅行箱的外形設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)中，能夠控制機(jī)構(gòu)的升降運(yùn)動，太陽能板能夠自動跟蹤陽光的不同照射方向而做相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，大大提高了太陽能的利用率。而光伏發(fā)電具有安全可靠，無噪聲，無污染，制約少，故障率低，維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，地形多樣和居住分散的現(xiàn)實(shí)條件下，便攜式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池組件，蓄電池組，大小可根據(jù)需求設(shè)計(jì)。由于太陽能發(fā)電具有節(jié)能，環(huán)保，一次投資，長期受益的特點(diǎn)?？蓱?yīng)廣泛用于別墅群，旅游渡假村，草原牧區(qū)，偏遠(yuǎn)山村，高山海島等地區(qū)的小規(guī)模供電。單晶硅太陽能電池板，便攜式旅行箱，免維護(hù)膠體蓄電池。便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)的產(chǎn)生，使得太陽能的利用得到了進(jìn)一步的擴(kuò)大應(yīng)用范圍，所以對便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)外觀與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出更輕便，利用率更高的便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的意義。
關(guān)鍵詞：太陽能；應(yīng)用廣；無污染；便攜式
Abstract
New energy is one of the most five decisive power techniques area decisive on the development of the world economy in twenty-first Century. Solar energy is a clean and efficient and inexhaustible new energy, just as a saying goes "inexhaustible, inexhaustible". There is abundant solar energy in the remote areas while the traditional power supply mode can’t be reached to those areas now through the investigation and founding. Or when you are going outside to make an on-the-spot investigation or travel, it is very hard to go on the work if the electric device can’t get prompt battery charging. The appearance of this portable solar power supply system can solve this problem very well. This design is considering the portable and practical performance and the investigation of current product and actual demand, the final optimization structure design is similar to the shape design of the portable travelling case. This design can control the machine heaving motion. Because of the solar panel can make a relevant spin according to the different directions of sun shine, solar panel can make a good use of the solar energy effectively.The advantages of photovoltaic power generation is safe and reliable, no noise, no pollution, less restricted, low failure rate, easy maintenance and so on. Portable solar photovoltaic power generation system consists of solar battery assembly, storage battery and the size can be designed according to specific requirements under realistic conditions of a variety of terrains and scattered. Because solar power has the advantages of energy saving, environmental protection, invest in one time and long-term benefits. It can be widely used in a small regions’ supply of electricity in villas, tourism resort, pastoral areas, and remote mountain village and Mountain Island. silicon solar cell board, portable suitcase, maintenance-free batteries have all the performance. With the emergence of Portable solar power supply system, it makes the utilization of the solar energy has been further expanded application scope, so the appearance and structure optimization design of portable solar power supply system will be a more compact design and utilization of higher portable solar power supply system has the more profound significance.
Keywords: Solar energy; Extensive application; No pollution; portable
目 錄
引言 １
1 太陽能光伏發(fā)電能源調(diào)查分析 １
1.1 太陽能發(fā)電概述 １
1.2 太陽能發(fā)電起源及發(fā)展 １
1.3 太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備 ２
1.4 太陽能光伏技術(shù) ２
1.5 應(yīng)用領(lǐng)域 ２
1.6 當(dāng)代世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 ３
1.6.1發(fā)展現(xiàn)狀 ３
1.6.2發(fā)展趨勢 ４
1.7 中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r、趨勢及企業(yè)責(zé)任 ５
1.7.1發(fā)展?fàn)顩r ５
1.7.2發(fā)展趨勢 ６
1.7.3企業(yè)責(zé)任 ７
1.8 中國光伏發(fā)電的未來和陽光計(jì)劃 ７
2 便攜式自適應(yīng)太陽能光伏發(fā)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) ８
2.1 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ８
2.2 市場調(diào)研 ９
2.3 總體設(shè)計(jì)思路及原理 １１
2.4 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 １１
3 設(shè)計(jì)過程和步驟 １４
3.1 各部件的設(shè)計(jì) １４
3.2 各傳動部件的設(shè)計(jì) ２０
3.3 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 ２１
4 電動機(jī)的選擇 ２１
4.1 電動機(jī)的容量選擇 ２１
4.2 電動機(jī)型號的選定速 ２２
4.3 電動機(jī)參數(shù)的計(jì)算 ２２
5 齒輪傳動計(jì)算（直齒輪，圓錐齒輪） ２３
5.1 直齒輪傳動計(jì)算 ２３
5.2 直齒圓錐齒輪傳動計(jì)算 ２６
6 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 ３０
7 鍵的選擇與及設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)潤滑的選擇 ３６
7.1 鍵的選擇與計(jì)算 ３６
7.2 潤滑方式的選擇 ３７
8 便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)的特點(diǎn)與展望 ３７
8.1 產(chǎn)品特點(diǎn) ３７
8.2 市場定位 ３８
8.3 展望 ３８
9 結(jié)論 ３９
謝 辭 ４１
參考文獻(xiàn) ４２
IV
引言
由于化石能源的儲量有限,難以維持人類的可持續(xù)發(fā)展;同時化石能源的利用產(chǎn)生的大量有毒有害物質(zhì),將導(dǎo)致環(huán)境污染、溫室效應(yīng),嚴(yán)重危害地表環(huán)境。人類發(fā)展到現(xiàn)在,越來越多的國家都逐漸清醒地認(rèn)識到,要在有限資源和環(huán)保嚴(yán)格要求的雙重制約下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵,就在于尋求清潔環(huán)保的可再生能源。因此,太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿瓤稍偕鷿崈裟茉吹拇笠?guī)模利用就顯得尤為重要,這其中又以太陽能利用的優(yōu)勢最為明顯,它具有以下幾個特點(diǎn):①儲量的“無限性”相對于常規(guī)能源和其它可再生能源的有限性,太陽能具有儲量的“無限性”,取之不盡,用之不竭。②存在的普遍性相對于其它能源來說,太陽能對于地球上絕大多數(shù)地區(qū)具有存在的普遍性,可就地取用。③利用的清凈性和經(jīng)濟(jì)性太陽能的開發(fā)利用幾乎不產(chǎn)生任何污染;同時由于其儲量無限,利用術(shù)代價不高,具有良好的經(jīng)濟(jì)性。太陽能也必將由此在世界能源的未來結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換中擔(dān)綱重任,成為理想的替代能源。但是,太陽能也存在單位能量強(qiáng)度不高、分布均、轉(zhuǎn)化利用效率較低等問題,這就要求我們太陽能工作者積極探索,研究出更為科學(xué)的集能方式和設(shè)備,加快太陽能技術(shù)的開發(fā)和推廣應(yīng)用。隨著化石能源的減少,太陽能利用的比例將大幅度提高。便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，對太陽能的利用具有很大的促進(jìn)作用。
1 太陽能光伏發(fā)電能源調(diào)查分析
1.1 太陽能發(fā)電概述
太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。通常說的太陽能發(fā)電指的是太陽能光伏發(fā)電，簡稱“光電”。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。
理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。太陽能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽能電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。其中，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等。中國國產(chǎn)晶體硅電池效率在10至13%左右，國際上同類產(chǎn)品效率約12至14%。由一個或多個太陽能電池片組成的太陽能電池板稱為光伏組件。光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草地各種燈具等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)大面積推廣實(shí)施。到2009年，中國并網(wǎng)發(fā)電還未開始全面推廣，不過，2008年北京奧運(yùn)會部分用電是由太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電提供的。
1.2 太陽能發(fā)電起源及發(fā)展
早在1839年，法國科學(xué)家貝克雷爾（Becqurel）就發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象后來被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡稱“光伏效應(yīng)”。1954年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能的實(shí)用光伏發(fā)電技術(shù)。
20世紀(jì)70年代后，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機(jī)和大氣污染問題日益突出，傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，同時全球約有20億人得不到正常的能源供應(yīng)。這個時候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展，這之中太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢而成為人們重視的焦點(diǎn)。
20世紀(jì)90年代后，光伏發(fā)電快速發(fā)展，到2006年，世界上已經(jīng)建成了10多座兆瓦級光伏發(fā)電系統(tǒng)，6個兆瓦級的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。美國是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國家。1997年又提出“百萬屋頂”計(jì)劃。日本1992年啟動了新陽光計(jì)劃，到2003年日本光伏組件生產(chǎn)占世界的50%，世界前10大廠商有4家在日本。而德國新可再生能源法規(guī)定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價，大大推動了光伏市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國家。瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計(jì)劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。
1.3 太陽能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備
太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。
1.4 太陽能光伏技術(shù)
太陽是能量的天然來源。地球上每一個活著的生物之所以具有發(fā)揮作用的能力，甚至于是它的生存，都是由于直接或間接來自于太陽的能量。我們的地球處在離太陽差不多有一億英里的地方。它所截取的輻射能已經(jīng)少到令人難以置信 的程度，即大約千萬分之三，即使這么小的一點(diǎn)能量， 實(shí)際上比整個世界現(xiàn)有的發(fā)電能力還大十萬倍！全世界尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國家開始感到能量短缺，因此，人們開始求助于太陽能，以解決能源危機(jī)。
太陽能發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn)在于：太陽能電池可以設(shè)置在房頂?shù)绕綍r不使用的空間，無噪音、壽命長，而且一旦設(shè)置完畢就幾乎不要需要調(diào)整。現(xiàn)在只要將屋頂上排滿太陽能電池，就可以實(shí)現(xiàn)家中用電的自給?，F(xiàn)今太陽能的主要用途已不再是小規(guī)模的，從性質(zhì)上來說，是專業(yè)化的。它從軍事領(lǐng)域、通信領(lǐng)域到城市建設(shè)領(lǐng)域等都起到了重大的作用。委內(nèi)瑞拉還推出廉價太陽能車、歐洲科學(xué)家研制出輕便的可穿在身上的太陽能電池。太陽能的利用存在著巨大的發(fā)展空間，有關(guān)的技術(shù)有可能在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)突破。它已被許多發(fā)達(dá)國家作為其能源戰(zhàn)略的一個重要組成部分。
1.5 應(yīng)用領(lǐng)域
（1）、用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無電地區(qū)如高原、海島、牧區(qū)、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機(jī)等；（2）3-5KW家庭屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；（3）光伏水泵：解決無電地區(qū)的深水井飲用、灌溉。
（2）、交通領(lǐng)域如航標(biāo)燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標(biāo)志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。
（3）、通訊/通信領(lǐng)域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護(hù)站、廣播/通訊/尋呼電源系統(tǒng)；農(nóng)村載波電話光伏系統(tǒng)、小型通信機(jī)、士兵GPS供電等。
（4）、石油、海洋、氣象領(lǐng)域：石油管道和水庫閘門陰極保護(hù)太陽能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺生活及應(yīng)急電源、海洋檢測設(shè)備、氣象/水文觀測設(shè)備等。
（5）、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節(jié)能燈等。
（6）、光伏電站：10KW-50MW獨(dú)立光伏電站、風(fēng)光（柴）互補(bǔ)電站、各種大型停車廠充電站等。
1.6 當(dāng)代世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
1.6.1發(fā)展現(xiàn)狀
CSIA最新研究報告稱，目前太陽能電池主要分為單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池三種。單晶硅電池技術(shù)成熟，光電轉(zhuǎn)換效率高，但其生產(chǎn)成本較高，技術(shù)要求高；多晶硅電池成本相對較低，技術(shù)成熟，但光電轉(zhuǎn)換效率相對較低；而薄膜電池成本低，發(fā)光效率高，但目前其在技術(shù)穩(wěn)定性和規(guī)模生產(chǎn)上均存在一定的困難。隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來薄膜電池會有更好的發(fā)展前景。2009年全球太陽能電池市場產(chǎn)品銷量比例如圖1-1所示。
圖1-1 2009年全球太陽能電池市場產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（按銷售量）
在各國政府的大力支持下，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。2006年至2009年，太陽能光伏電池產(chǎn)量的年均增長率為60%。由于受到2008年金融危機(jī)的影響，2009年前兩個季度光伏電池產(chǎn)量的增長速度有所放緩，但隨著2009年下半年市場需求的復(fù)蘇，2009年全年的太陽能電池產(chǎn)量達(dá)到了10431MW，比2008年增長42.5%。如圖1-2所示。
圖1-2 2006—2009年全球太陽能電池產(chǎn)量
目前太陽能光伏發(fā)電的成本大約是燃煤成本的11—18倍，因此目前各國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展大多依賴政府的補(bǔ)貼，政府的補(bǔ)貼規(guī)模決定著本國的光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模。目前在政府的補(bǔ)貼力度上，以德國、西班牙、法國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家的支持力度最大。2008年，西班牙推出了優(yōu)厚的光伏產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼政策，使其國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了爆發(fā)式發(fā)展的態(tài)勢，一度占據(jù)了世界光伏電池產(chǎn)量的三分之一強(qiáng)。2009年德國光伏組件安裝量高達(dá)3200MW，占全球總安裝量的50.4%。
1.6.2發(fā)展趨勢
（1）全球太陽能需求將持續(xù)成長。在2013到2014年期間，全球太陽能市場年度需求量預(yù)計(jì)將達(dá)到30到40GW的水準(zhǔn)。在未來的四到五年里，政策仍然將是主要太陽能市場的最大驅(qū)動力。此外，太陽能模組和其他系統(tǒng)設(shè)備的價格對市場需求有著越來越強(qiáng)的影響。
（2）太陽能市場將進(jìn)一步全球化。新興市場的范圍和所占比重都將有所擴(kuò)大，值得注意的國家包括：南非、沙烏地阿拉伯、以色列、智利、巴西、墨西哥、泰國、印尼、馬來西亞、菲律賓等等。
（3）中國太陽能市場將占據(jù)舉足輕重的地位。由于中國政府采取優(yōu)惠政策擴(kuò)大內(nèi)需，預(yù)計(jì)中國市場將在2013年挑戰(zhàn)全球第一的位置，如何有效開發(fā)中國市場將是對太陽能企業(yè)的一大考驗(yàn)。
（4）產(chǎn)業(yè)供過于求的局面正在改善。雖然仍然有一些生產(chǎn)線以較低的稼動率在運(yùn)行而不是退出市場，供需重新平衡的局面將有望在2013到2014年之間到來。
（5）產(chǎn)業(yè)整合將逐步深化。從全球供應(yīng)鏈角度來看，2012年不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)集中度差距變大。雖然多晶硅與硅芯片市場領(lǐng)先企業(yè)的產(chǎn)量已經(jīng)有較大優(yōu)勢，電池和模組段前十名品牌的市場總占有率仍然不足50%，預(yù)計(jì)在未來兩年中將進(jìn)一步整合。
（6）太陽能產(chǎn)品價格將逐漸趨于穩(wěn)定。產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)價格仍將受到壓力，以保持終端投資的內(nèi)部收益率，但制造商透過提高效率和降低成本有望改善毛利狀況。
1.7 中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r、趨勢及企業(yè)責(zé)任
1.7.1發(fā)展?fàn)顩r
中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)于20世紀(jì)70年代起步，90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過30多年的努力，已迎來了快速發(fā)展的新階段。在“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目和“送電到鄉(xiāng)”工程等國家項(xiàng)目及世界光伏市場的有力拉動下，中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。
2007年，中國光伏電池產(chǎn)量首次超過德國和日本，居世界第一位。2008年的產(chǎn)量繼續(xù)提高，達(dá)到了200萬千瓦。中國光伏電池產(chǎn)量年增長速度為1-3倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由2002年1.07%增長到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽能電池的效率也從13%-14%提高到16%-17%。
因美國次貸問題而引發(fā)的金融危機(jī)，從華爾街迅速向全球蔓延，致使部分金融機(jī)構(gòu)轟然倒塌，證券市場持續(xù)低迷，石油價格大幅下滑。中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，成為政府重視、股市活躍、風(fēng)投青睞、各行各業(yè)蜂擁相聚的世界太陽谷。由于設(shè)備、原料和市場三頭在外，它對美國、歐洲和日本等國際市場存在很大依存度。隨著這場金融危機(jī)特別是國際油價的大幅下挫，對中國光伏發(fā)電業(yè)的投資資金、出口訂單等方面產(chǎn)生重大影響，但金融危機(jī)對光伏產(chǎn)業(yè)的巨大影響一定會在未來的某個時間得到消化。長遠(yuǎn)來看，世界光伏市場的政策推動力依然存在，光伏產(chǎn)業(yè)的市場成長依然強(qiáng)勁。
目前，中國已形成了完整的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈。從產(chǎn)業(yè)布局上來看，國內(nèi)的長三角、環(huán)渤海、珠三角及中西部地區(qū)業(yè)已形成各具特色的區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群（如圖1-2所示），并涌現(xiàn)出了無錫尚德、江西賽維、天威英利等一批知名企業(yè)。2009年中國太陽能電池產(chǎn)量為9300MW，占全球總產(chǎn)量的40%以上，已成為全球太陽能電池生產(chǎn)第一大國（如圖1-3所示）。
圖1-3 2006-2009年中國太陽能電池產(chǎn)量
雖然目前中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模居全球第一，但產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不協(xié)調(diào)，且產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)薄弱。2009年中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)應(yīng)用分類如圖1-4所示，在整個太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)壁壘最大的多晶硅的生產(chǎn)中，國外的主要廠商采用的是閉式改良西門子方法，而這在中國還是空白。中國的多晶硅生產(chǎn)企業(yè)使用的多為直接或者間接引進(jìn)的俄羅斯的多晶硅的提純技術(shù)，其成本高、耗能量，重復(fù)性建設(shè)嚴(yán)重，在整個國際競爭中處于劣勢，這也是在2009年初中國出現(xiàn)多晶硅產(chǎn)能過剩的主要原因。
圖1-4 2009年中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)應(yīng)用分類（按裝機(jī)總量）
其次，目前中國國內(nèi)的太陽能電池市場規(guī)模較小，國內(nèi)生產(chǎn)的太陽能光伏電池的97%都出口到了海外市場。這種過度依賴出口的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式導(dǎo)致行業(yè)風(fēng)險很大，易受國際需求量變化的影響。如在2008年的全球金融危機(jī)中，因西方國家消減了對光電產(chǎn)品的價格補(bǔ)貼，直接導(dǎo)致了中國許多光伏企業(yè)的倒閉。
1.7.2發(fā)展趨勢
當(dāng)下，許多國家已把發(fā)展可再生能源作為未來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要方式，而中國也將以太陽能為代表的可再生能源作為未來低碳經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。近年來，國家財政對太陽能產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼力度逐年增強(qiáng)。2008年，中國開始啟動屋頂和大型地面并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目的建設(shè)；2009年初完成了甘肅敦煌10MWp級大型荒漠并網(wǎng)光伏電站的招標(biāo)工作；同時太陽能屋頂計(jì)劃與金太陽示范工程的財政補(bǔ)貼項(xiàng)目也相續(xù)推出，這一系列的政策措施給中國未來的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)提供了一個廣闊的發(fā)展空間（如圖1-5所示）。
圖1-5 2010-2012年中國太陽能電池產(chǎn)量預(yù)測
雖然目前光伏發(fā)電的成本還比較高，但從長遠(yuǎn)來看，隨著技術(shù)的提升，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)成本的持續(xù)下降，以及其他傳統(tǒng)能源形式的逐漸飽和，太陽能可能將在2030年以后成為主流的能源形式之一。而針對目前中國光伏產(chǎn)業(yè)存在的問題，國內(nèi)相關(guān)可研機(jī)構(gòu)和企業(yè)應(yīng)該潛心于基礎(chǔ)研究、技術(shù)改造和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，做到厚積而薄發(fā)。
針對目前光伏發(fā)電成本高、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)對出口依存度過高的特點(diǎn)，中國應(yīng)該加大政策指導(dǎo)和扶持力度，以此來發(fā)展和壯大太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的國內(nèi)市場。經(jīng)驗(yàn)表明，中國政府的政策導(dǎo)向?qū)⒃谖磥硪欢螘r間內(nèi)決定著中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水準(zhǔn)和市場需求。相信在節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)的的大背景下，在中國政府的大力扶持和倡導(dǎo)下，中國的太陽能光伏產(chǎn)業(yè)定然會有著光彩奪目絢麗的明天。
1.7.3企業(yè)責(zé)任
中國的太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)需要提速，中國的光伏發(fā)電企業(yè)需要崛起。自2002年開始，產(chǎn)業(yè)的壯大及光伏發(fā)電企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大給相關(guān)設(shè)備企業(yè)也提供了難得的市場機(jī)遇。我國光伏裝備產(chǎn)業(yè)已具有一定的規(guī)模和水平，在國內(nèi)用戶中已建立起良好的信譽(yù)。通過和一流電池企業(yè)合作并融合了先進(jìn)的工藝技術(shù)，國產(chǎn)的太陽能電池關(guān)鍵設(shè)備相繼在國內(nèi)大生產(chǎn)線上得到應(yīng)用且逐漸成為主流選擇，使我國基本具備了晶體硅太陽能電池制造設(shè)備的整線供給能力。受此拉動，我國電子專用設(shè)備行業(yè)也呈現(xiàn)出多年未有的蓬勃發(fā)展景象。在引領(lǐng)國產(chǎn)電池制造設(shè)備技術(shù)及市場的同時，硅材料加工設(shè)備如多晶硅鑄錠爐、單晶爐、坩堝烘烤爐等也受到了市場的積極追捧。在中國，只要培育規(guī)范的規(guī)模市場、加大投入、加速能力建設(shè)，國內(nèi)光伏發(fā)電企業(yè)完全有條件依托國內(nèi)市場挺進(jìn)國際市場。光明無限，然而前路漫漫。發(fā)展的先決條件就是政府出臺行之有效的激勵及扶持政策。德、日、美等國家光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的事實(shí)證明，政府采用優(yōu)惠政策扶持光伏發(fā)電市場，靠規(guī)模市場拉動產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動技術(shù)進(jìn)步，依賴技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本，通過提高質(zhì)量和降低價格贏得更大市場的方針和策略是正確和成功的，值得中國借鑒。
1.8 中國光伏發(fā)電的未來和陽光計(jì)劃
光伏發(fā)電成為未來電力的重要構(gòu)成要經(jīng)歷多長時間？政府和公眾的認(rèn)可度如何？諸多問題困擾著中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)。相對歐美等國家，中國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，還面臨著諸多困境及瓶頸有待進(jìn)一步突破，這些注定中國光伏發(fā)電企業(yè)的商業(yè)化道路將坎坷崎嶇。地球上傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，與此同時全球還有約20億人得不到正常的能源供應(yīng)。而太陽能每秒鐘到達(dá)地球的能量高達(dá)80萬千瓦，如果把地球表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率為5%，那么每年發(fā)電量可達(dá)5.6×1012千瓦時，相當(dāng)于全世界能耗的40倍。隨著科技發(fā)展，光伏發(fā)電成本會繼續(xù)降低。所有技術(shù)如晶體硅、薄膜以及一些新概念將會在市場上大量涌現(xiàn)。如果新概念得以成功實(shí)施，模塊的轉(zhuǎn)換效率將進(jìn)一步提高。最終，光伏模塊的能源轉(zhuǎn)換率將達(dá)到30%—50%，從而使太陽輻射能可以高效地使用。安裝在陽光充足地區(qū)的一平方米最高效的光伏模塊每年將發(fā)電1000千瓦時。
太陽能是一條上下求索尋求突破之路。太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)。但過高的電價仍是困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題。太陽能電池上網(wǎng)電價約是火力發(fā)電的10倍。有專家指出，隨著環(huán)保成本的增加，火力發(fā)電的電價變換將呈上升曲線，而薄膜太陽能電池上網(wǎng)電價將隨著大規(guī)模量產(chǎn)和轉(zhuǎn)換效率的提高逐漸下降，兩條曲線預(yù)計(jì)將在2012-2015年之間相交。另外，市場前景也是不容忽視的問題。而克服這些困難必須依靠企業(yè)和政府的協(xié)同努力。從長期來看，積極拓展產(chǎn)業(yè)鏈上游業(yè)務(wù)是中國光伏發(fā)電企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，而中國光伏發(fā)電企業(yè)的責(zé)任是加快研發(fā)進(jìn)度、加快技術(shù)創(chuàng)新，通過提高技術(shù)水平不斷降低光伏發(fā)電的成本；另外，國家應(yīng)盡快出臺合理的并網(wǎng)發(fā)電政策，盡快解決結(jié)算方法的問題，并對生產(chǎn)企業(yè)、用戶和設(shè)備制造商予以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼等等。同時，公眾也應(yīng)該加強(qiáng)對環(huán)境問題的認(rèn)識，增強(qiáng)使用可再生能源的意愿。而這其中有不得不提的一點(diǎn)，轉(zhuǎn)變觀念是當(dāng)務(wù)之急，更是問題關(guān)鍵所在。相信在政府、企業(yè)與全民的共同努力下，中國“陽光計(jì)劃”的實(shí)現(xiàn)不會是夢。
2 便攜式自適應(yīng)太陽能光伏發(fā)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)以便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)為載體，完成便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。從而進(jìn)一步提升自己的專業(yè)技能，為日后踏上工作崗位做好準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有一下幾點(diǎn)：
1）收集并了解便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的相關(guān)知識和它的外觀及結(jié)構(gòu)，且能夠弄懂它的工作原理及工程過程；
2）復(fù)習(xí)回學(xué)過的課程，如、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、工程力學(xué)、工程制圖等，查閱相關(guān)資料，熟悉機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件的加工工藝等與本課題相關(guān)的知識，并學(xué)習(xí)CAD、pro/E等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件；
3）在了解便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)工作原理后，對其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃分析及其論證，并進(jìn)行修改及優(yōu)化；；
4）然后完成該系統(tǒng)的外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與其對其相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)的計(jì)算和分析，并完成該系統(tǒng)相關(guān)零件材料的選用及其工藝分析。
5）繪制便攜式移動太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖，最后完成零件拆、裝過程及運(yùn)動仿真視頻動畫的制作。
2.2 市場調(diào)研
目前市場上現(xiàn)有的太陽能便攜式產(chǎn)品主要有：太陽能發(fā)電手提箱、手機(jī)用太陽能充電器等（如下圖2-1至2-6所示）。從目前調(diào)查的情況來看，市面上出現(xiàn)的產(chǎn)品中普遍存在以下問題：
1）沒有太陽跟蹤定位功能，發(fā)電效率一般；
2）比較笨重，不方便攜帶及搬運(yùn)；
3）結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)含量不高。
下面具體舉例說明。
①如圖2-1所示：
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可移動；
缺點(diǎn)：太陽能轉(zhuǎn)換效率不高、笨重不便攜帶及搬運(yùn)。
圖2-1 現(xiàn)有產(chǎn)品（一）
②如圖2-2所示：
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，方便搬運(yùn)；
缺點(diǎn)：太陽能轉(zhuǎn)換效率不高、使用兩塊太陽能板，成本高。
圖2-2現(xiàn)有產(chǎn)品（二）
③如圖2-3所示：
優(yōu)點(diǎn)：體積及重量小，攜帶很方便；
缺點(diǎn)：太陽能轉(zhuǎn)換效率不高、功率太小、使用的局限性比較大。
圖2-3 現(xiàn)有產(chǎn)品（三）
④如圖2-4所示：
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可移動；
缺點(diǎn)：太陽能太小效率很低、笨重不便攜帶及搬運(yùn)。
圖2-4現(xiàn)有產(chǎn)品（四）
⑤如圖2-5所示：
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單；
缺點(diǎn)：太陽能轉(zhuǎn)換效率不高、不便攜帶及搬運(yùn)。
圖2-5 現(xiàn)有產(chǎn)品（五）
⑥如圖2-6所示：
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可移動；
缺點(diǎn)：太陽能太小效率很低、笨重不便攜帶及搬運(yùn)。
圖2-6現(xiàn)有產(chǎn)品（六）
2.3 總體設(shè)計(jì)思路及原理
根據(jù)太陽光投射原理，在太陽能板平面上固定一標(biāo)桿，將八個光敏電阻以圓圈狀圍繞于標(biāo)桿外，當(dāng)太陽光照射到標(biāo)桿上時，若太陽能板平面偏離太陽位置，則其陰影會投射于相應(yīng)的光敏器件中，利用單片機(jī)檢測各光敏電阻的電壓，便可得出太陽實(shí)際方向，進(jìn)而控制電機(jī)帶動太陽能板實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動，使其精確對準(zhǔn)太陽，保證電池板板面始終與光線垂直，實(shí)現(xiàn)太陽能的最大化收集。便攜式自適應(yīng)太陽能光伏發(fā)系統(tǒng)是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能以后存儲在蓄電池里面，是具有可移動性質(zhì)的新型電源。蓄電池為任何形式的蓄電裝置，由太陽能光電池，蓄電池，調(diào)壓元件三個部分組成，可輸出不同的電流及電壓。
2.4 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案
（1）便攜式自適應(yīng)太陽能光伏發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有多種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)如下：
方案一：如圖2-7所示，太陽能板升降采用導(dǎo)軌滑動機(jī)構(gòu)，尋光機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動。
優(yōu)點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)平臺平穩(wěn)。
缺點(diǎn)：升降不順暢。
圖2-7方案一
方案二：如圖2-8所示，太陽能板升降與尋光采用連桿滑動與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)。
優(yōu)點(diǎn)：零件結(jié)構(gòu)簡單。
缺點(diǎn)：升降不平穩(wěn)，不利于安裝太陽能板。
圖2-8方案二
（2）最終方案如下圖2-9到圖2-12所示：
圖2-9 最終方案截圖（一）
圖2-10 最終方案截圖（二）
圖2-11 最終方案截圖（三）
圖2-12 最終方案截圖（四）
最終方案：
太陽能板升降采用連桿連接成三角形的上升機(jī)構(gòu)，連桿與絲桿連接，通過電機(jī)驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)，連桿連接成的三角形的底邊長度發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)太陽能板的升降運(yùn)動。太陽能板尋光采用齒輪傳動機(jī)構(gòu)，兩個電機(jī)分別驅(qū)動豎直軸向和水平軸向的傳動，最終實(shí)現(xiàn)太陽能板自動尋光的旋轉(zhuǎn)要求。反光板的打開及閉合采用手動實(shí)現(xiàn)。感光元器件及電子系統(tǒng)自動根據(jù)太陽光方向來調(diào)整太陽能電池板的朝向，大大提高了太陽能的利用率。
優(yōu)點(diǎn)：太陽能升降順暢，旋轉(zhuǎn)平臺平穩(wěn)；太陽能本兩側(cè)增加兩塊可以旋轉(zhuǎn)的反光板，以增加間接太陽光的照射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率；方便攜帶及搬運(yùn)。
缺點(diǎn)：零件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜。
3 設(shè)計(jì)過程和步驟
3.1 各部件的設(shè)計(jì)
（1） 底盤的設(shè)計(jì)
為了便攜式自適應(yīng)太陽能光伏發(fā)系統(tǒng)各機(jī)械結(jié)構(gòu)零件的拆裝方便，設(shè)計(jì)底盤與箱體分開，底盤上設(shè)計(jì)有供安裝轉(zhuǎn)軸與電動機(jī)的凹槽，如圖3-1、圖3-2所示，具體尺寸見底盤工程圖。
材料：本設(shè)計(jì)為便攜式，所以，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，應(yīng)盡量選擇輕質(zhì)量的材料，現(xiàn)選鋁合金：1060合金。
圖3-1底盤（一）
圖3-2底盤（二）
（2） 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
該機(jī)構(gòu)對稱設(shè)計(jì)，兩邊分別用一個電動機(jī)經(jīng)過直齒輪傳動帶動絲桿轉(zhuǎn)動，根據(jù)絲桿的轉(zhuǎn)動，絲桿上的兩個滑動鍵會相應(yīng)的對稱滑動，當(dāng)電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，兩滑動鍵靠近運(yùn)動，連桿撐起升降盤上升運(yùn)動；當(dāng)電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，兩滑動鍵遠(yuǎn)離運(yùn)動，連桿拉下升降盤下降運(yùn)動。電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，直齒輪轉(zhuǎn)動比為5，絲桿每轉(zhuǎn)一圈，滑動鍵移動1mm，滑動鍵在絲桿上最大移動距離為60mm，即滑動鍵移動到最大距離用時12s，由已知升降機(jī)構(gòu)最大上升距離為300mm，所以升降機(jī)構(gòu)的平均升降速度為25mm/s。部分截圖如圖3-3、圖3-4、圖3-5所示，具體尺寸見相應(yīng)工程圖。
材料：本設(shè)計(jì)為便攜式設(shè)計(jì)，所以，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，應(yīng)盡量選擇輕質(zhì)量的材料，升降盤、升降片、滑動鍵等選鋁合金：1060合金；直齒輪材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理；絲桿材料為45，調(diào)質(zhì)處理。
圖3-3 升降機(jī)構(gòu)（一）
圖3-4 升降機(jī)構(gòu)（二）
圖3-5 升降機(jī)構(gòu)（三）
（3） 中心轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)
中心轉(zhuǎn)軸主要功能是實(shí)現(xiàn)太陽能板的豎直軸向旋轉(zhuǎn)和水平軸向旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)太陽能板自動尋光的旋轉(zhuǎn)要求。電動機(jī)帶動錐齒輪傳動，實(shí)現(xiàn)豎直軸向旋轉(zhuǎn)，錐齒輪傳動比設(shè)計(jì)為3，由于機(jī)構(gòu)中有電線相連，所以豎直軸向旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)在360度內(nèi)；水平軸向旋轉(zhuǎn)所用電動機(jī)安裝在中心轉(zhuǎn)軸與中心轉(zhuǎn)軸蓋中，其帶動直齒輪傳動，實(shí)現(xiàn)水平軸向旋轉(zhuǎn)，直齒輪傳動比設(shè)計(jì)為5，旋轉(zhuǎn)角度左右各為45度，如圖3-6所示。
材料：本設(shè)計(jì)為便攜式設(shè)計(jì)，所以，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，應(yīng)盡量選擇輕質(zhì)量的材料，中心轉(zhuǎn)軸與其蓋選鋁合金：1060合金；直齒輪、錐齒輪選材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理；水平轉(zhuǎn)軸材料為45，調(diào)質(zhì)處理。
圖3-6 中心轉(zhuǎn)軸
（4） 太陽能板及反光鏡的設(shè)計(jì)
太陽能板用于安裝太陽能電池，其與中心轉(zhuǎn)軸的水平軸連接，能夠水平軸向旋轉(zhuǎn)，太陽能板的兩邊安裝反光板，以增加間接太陽光的照射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率，反光板與太陽能板的角度為45度，其為手動打開與閉合。反光板與太陽能板鎖鍵固定，如下圖3-7、圖3-8所示，圖3-9為閉合狀態(tài)，圖3-10為開打狀態(tài)。
材料：本設(shè)計(jì)為便攜式，所以，在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，應(yīng)盡量選擇輕質(zhì)量的材料，太陽能板與反光板的材料都選鋁合金：1060合金。
圖3-7 太陽能板（一）
圖3-8 太陽能板（二）
圖3-9 反光鏡閉合狀態(tài)
圖3-10 反光鏡打開狀態(tài)
（5） 箱體的設(shè)計(jì)
箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖3-11、圖3-12所示，本設(shè)計(jì)為便攜式設(shè)計(jì)，所以箱體上安裝有兩個輪子如圖3-13所示，兩個手把如圖3-14所示，移動箱體有拖動和手提兩種方式。箱蓋與箱底用彈簧鎖鍵固定，如圖3-15、圖3-16所示。箱體厚度為4mm，長×寬×高=458mm×338mm×198mm。
材料：在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，應(yīng)盡量選擇輕質(zhì)量的材料，箱體的材料為ABS。
圖3-11 箱體（一）
圖3-12 箱體（二）
圖3-13 箱體的輪子
圖3-14 箱體的手把
圖3-15 箱體的鎖鍵（一）
圖3-16 箱體的鎖鍵（二）
3.2 各傳動部件的設(shè)計(jì)
（1） 直齒輪傳動設(shè)計(jì)
直齒輪傳動用于升降機(jī)構(gòu)和水平軸向轉(zhuǎn)動設(shè)計(jì)中，所以的直齒輪以及配合參數(shù)完全相同，直齒輪為標(biāo)準(zhǔn)件，由solidworks設(shè)計(jì)庫直接調(diào)出，取小齒輪齒數(shù)為17，厚度為6mm，大齒輪齒數(shù)為85，厚度為5mm，可得傳動比為5。齒輪材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。傳動示意圖如圖3-17，圖3-18所示。
圖3-17 升降機(jī)構(gòu)的直齒輪傳動
圖3-18 水平軸向的直齒輪傳動
（2） 錐齒輪傳動設(shè)計(jì)
錐齒輪傳動用于帶動太陽能板豎直軸向旋轉(zhuǎn)，其亦為標(biāo)準(zhǔn)件，由solidworks設(shè)計(jì)庫直接調(diào)出，取小錐齒輪齒數(shù)為17，大錐齒輪齒數(shù)為51，可得傳動比為3。錐齒輪材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。傳動示意圖如圖3-19所示。
圖3-19 豎直軸向的直齒輪傳動
3.3 標(biāo)準(zhǔn)件的選用
所用標(biāo)準(zhǔn)件有螺栓、螺釘、螺母、直齒輪、錐齒輪、軸承等，它們都是從solidworks設(shè)計(jì)庫中直接調(diào)出，國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1182-1996）。
4 電動機(jī)的選擇
4.1 電動機(jī)的容量選擇
按照設(shè)計(jì)要求以及工作條件可知，本設(shè)計(jì)所有機(jī)構(gòu)都屬于輕載，選用直流電動機(jī)，額定電壓12V.由solidworks質(zhì)量屬性算得本設(shè)計(jì)上升機(jī)構(gòu)的質(zhì)量m為2400.5g，設(shè)計(jì)太陽能板上升要時間t為12s，由機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可知太陽能板最大上升距離s為300mm，所以平均上升速度v為
V=s/t=300/12 mm/s=25 mm/s
由此得上升機(jī)構(gòu)上升所要的平均功率P得
P=mg*v=2400.5×10-3×9.8×25×10-3=0.588 W
由于該上升機(jī)構(gòu)為三角形設(shè)計(jì)，剛開始上升時上升速度較快，上升最后階段較慢，所以取電機(jī)的最大功率就要適當(dāng)增大，設(shè)機(jī)構(gòu)上升所需最大有效功率P1w=5w。上升機(jī)構(gòu)有兩個電機(jī)帶動，所以取P1=2.5w。
由設(shè)計(jì)可知，太陽能板水平軸向旋轉(zhuǎn)和垂直軸向旋轉(zhuǎn)都只需要克服機(jī)構(gòu)的慣性作用，設(shè)需有效功率P2 = P3=2w。
設(shè)各機(jī)構(gòu)傳動效率：
——電動機(jī)效率，=0.70
——對滾動軸承的效率，=0.98
——絲桿傳動效率，=0.88
——齒輪傳動效率，=0.94
——圓錐齒輪傳動效率，=0.88
——工作機(jī)效率，=0.85
從而得到傳動系統(tǒng)所需要的總功率
P1=2.5/[0.70*0.982*0.88*0.85] w=4.97 w
P2=2/[0.70*0.982*0.88*0.85] w=3.98 w
P3=2/[0.70*0.982*0.88*0.85] w=3.98 w
4.2 電動機(jī)型號的選定速
由總功率Pw，所以選用電動機(jī)型號分別為：
1）由P1，選擇大電動機(jī)為：380有刷直流電機(jī)
① 額定電流：I=0.83 A ② 額定功率：PN=10 W
③ 額定電壓：UN= 12 V ④ 額定轉(zhuǎn)速：n=1500 r/min
⑤ 額定轉(zhuǎn)矩：T=0.064 N*m
2）由P2、P3，選擇中電動機(jī)和小電動都為：365有刷直流電機(jī)
① 額定電流：I=0.42 A ② 額定功率：PN=5 W
③ 額定電壓：UN= 12 V ④ 額定轉(zhuǎn)速：n=1200 r/min
⑤ 額定轉(zhuǎn)矩：T=0.040 N*m
4.3 電動機(jī)參數(shù)的計(jì)算
1）主要性能指標(biāo)
① 效率：η=70.0%
②允許順逆轉(zhuǎn)速差200(r/min)
2）設(shè)計(jì)中選用的基值
① 電壓基準(zhǔn)值： UN= 12 V為電動機(jī)額定相電壓
② 功率基準(zhǔn)值：PNW 為電動機(jī)額定功率
③ 電流基準(zhǔn)值I ：I為電動機(jī)額定電流
④ 阻抗基準(zhǔn)值： ZN1=10.9
ZN2=15
3）設(shè)計(jì)指標(biāo)要求
① 效率： —計(jì)算值，′—修改值
② 飽和系數(shù)： FT′—修改值， Fт—計(jì)算值，
③滿載電勢標(biāo)值：
（1-εl）′—修改值，（1-εL）—計(jì)算值
④起動電流倍數(shù)： Ist′—修改值，Ist—計(jì)算值
5 齒輪傳動計(jì)算（直齒輪，圓錐齒輪）
5.1 直齒輪傳動計(jì)算
由設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)可知，所設(shè)計(jì)的三對直齒輪是完全一樣，而上升機(jī)構(gòu)中所用的直齒輪輸入功率最大，因此只需要計(jì)算該處的傳動。
已知輸入功率P=10*0.0.70 W=7 w
1）直齒輪材料，熱處理及精度
考慮此機(jī)構(gòu)的低功率及安裝形式為開式齒輪，故大小齒輪都選用硬齒面直齒輪。
直齒輪材料選用及熱處理工藝
① 材料：
小齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火，齒面硬度為小齒輪 48~55 HRC
大齒輪選用40Cr調(diào)質(zhì)后表面淬火，齒面硬度為大齒輪 48~55 HRC
② 齒輪精度
按GB/T10095－1998，選擇7級，齒根噴丸強(qiáng)化。
③ 由以上電動機(jī)的選取，可知電動機(jī)的轉(zhuǎn)速較大，所以要求設(shè)計(jì)的齒輪應(yīng)該有較大的減速作用，預(yù)設(shè)小齒齒數(shù)=17，大齒齒數(shù)Z=85 ，得轉(zhuǎn)動比i=85/17=5
④ 齒輪工作壽命20年（設(shè)每年工作300天）。
2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。
1）確定各參數(shù)的值：
①試選載荷系數(shù)Kt=1.3。
②計(jì)算齒輪的轉(zhuǎn)矩T=9.55P/n=0.064 N·m
③由機(jī)械設(shè)計(jì)課本式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60njLh=60×60×1×(2×8×300×20)=1.728×109
④查機(jī)械設(shè)計(jì)課本圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN=0.93
⑤齒輪的疲勞強(qiáng)度極限
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1，由機(jī)械設(shè)計(jì)課本公式10-12得
⑥查機(jī)械設(shè)計(jì)課本表10-6得ZE=189.8MPa1/2，由表10-7選齒寬系數(shù)φd=1。
（2）將以上數(shù)據(jù)代入設(shè)計(jì)計(jì)算公式得
①齒輪的分度圓直徑dt,代入
=
②計(jì)算圓周速度v
③計(jì)算齒寬
b=φd ×dt=0.60mm
④計(jì)算齒寬與齒高之比
mt =dt/z=0.60/17=0.0353mm
齒高h(yuǎn)=2.25mt=2.25×0.0353mm=0.079mm
所以b/h=0.60/0.079=7.59
⑤計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.047m/s，7級精度，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8得動載系數(shù)Kv=1.15，Khα=KFα=KA=1，KHβ=1.436，由b/h=7.59，KHβ=1.436，查圖10-13得KFβ=1.45；
故動載系數(shù)
K= KAKvKHαKFα=1×1.15×1×1.436=1.651
⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由機(jī)械設(shè)計(jì)課本式10-10a得
。
⑦計(jì)算模數(shù)
m =d1/z=0.65/17=0.038mm
3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：m
(1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算值
①查閱機(jī)械設(shè)計(jì)由圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞極限
②由機(jī)械設(shè)計(jì)查圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)
③計(jì)算疲勞安全系數(shù)S=1.4,得：
Mpa;
④計(jì)算載荷系數(shù)K。K=
⑤查取齒形系數(shù)。由機(jī)械設(shè)計(jì)查表10-5得
⑥查取應(yīng)力校正系數(shù)，由表10-5查得;
⑦計(jì)算齒輪的：
=;
(2) 帶人設(shè)計(jì)計(jì)算得
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒面直徑有關(guān)，由于本機(jī)構(gòu)是超輕載，所以計(jì)算得的模數(shù)較小，現(xiàn)取模數(shù)0.5，按接觸強(qiáng)度算得分度圓直徑d=8.5mm,算出齒輪齒數(shù)Z=，即取奇數(shù)齒17。
4）幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
d1=zm=17mm
d2=zm=85mm
(2) 計(jì)算中心距：
a=
(3)計(jì)算齒輪寬度b小齒輪為6mm，大齒輪為5mm。
5）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖如下圖5-1所示：
圖5-1 直齒輪外形結(jié)構(gòu)
5.2 直齒圓錐齒輪傳動計(jì)算
由以上各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸入轉(zhuǎn)矩的計(jì)算可知，水平轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為=1200 r/min，功率P=5 w，轉(zhuǎn)矩T=0.04 N·m。該錐齒輪轉(zhuǎn)向器采用一班制，壽命20年（一年以300天計(jì)）。本設(shè)計(jì)中連接錐齒輪的對軸交角∑=90°，所以該齒輪有換向作用，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較快，此處亦可設(shè)計(jì)有減速作用。采用一個兩端支撐一個懸臂的布置方式。
1）選精度等級、材料及齒數(shù)
①選用直齒圓錐齒輪。
②根據(jù)本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)及工作壞境，可選用7級精度（GB 10095-88）。
③材料選擇：查課本表10-1常用齒輪材料及其力學(xué)特性，選用齒輪一的材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為260HBS，強(qiáng)度極限=700MPa，屈服極限=500MPa。
④齒輪齒數(shù)的選擇：選小齒輪齒數(shù)為17，齒輪齒數(shù)為51。即齒數(shù)比u=3,齒形角α=20°，齒頂高系數(shù)=1，頂隙系數(shù)=0.2。
選用的正交直齒圓錐齒輪截圖如圖5-2所示：
圖5-2 錐齒輪外形結(jié)構(gòu)
2）齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算
①試選載荷系數(shù)：=1.6，由于齒輪一的轉(zhuǎn)矩為=0.04 N·m
②選動載系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8可知，=1.05（7級精度）。
③齒輪使用系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2可知，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)在工作過程中無沖擊，故選用=1。
④齒間分配系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-3可知，==1.2
⑤齒向分配系數(shù)：因?yàn)?=1.5，查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-9可知=1.50。所以，==1.5=1.5*1.5=2.25。
由以上可得：齒輪的接觸強(qiáng)度載荷系數(shù)
K==1*1.05*1.2*2.25=2.84
⑥查機(jī)械設(shè)計(jì)課本，選取齒寬系數(shù)：=0.3
⑦當(dāng)量齒數(shù)==24.0，==72.1，查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5得，齒形系數(shù)為=2.65,=2.23，應(yīng)力校正系數(shù)為=1.58, =1.75。
⑧選取安全系數(shù)：按照彎曲疲勞強(qiáng)度來校核，取安全系數(shù)S==1.4
由課本式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60njLh=60×1200×1×(8×300×20)=3.456×109
由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18可知，彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)==0.92；
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20（c）得彎曲疲勞極限為：==600MPa，代入機(jī)械設(shè)計(jì)10-24公式得
==0.025 mm
由于該機(jī)構(gòu)為超輕載，計(jì)算得的最小模數(shù)較小，現(xiàn)取模數(shù)為0.5mm
那么分度圓直徑=17*0.5=8.5mm，=51*0.5=25.5mm
分錐角=arctan=
錐距R：R==14.6mm，
齒寬b： b=*R=4.4mm，圓整取b=5 mm
⑨=7.2mm，分度圓上的圓周力為
===0.011N·mm，
⑩校核強(qiáng)度，由機(jī)械設(shè)計(jì)式10-23可知
==0.062MPa≤[σ]=600MPa
綜上可知，設(shè)計(jì)齒輪遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于彎曲疲勞強(qiáng)度，參數(shù)設(shè)計(jì)合理。
3）齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
查機(jī)械設(shè)計(jì)10-26有齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式：
①試選載荷系數(shù)：=1.6
②由于齒輪一的轉(zhuǎn)矩為=0.04 N·m
③查機(jī)械設(shè)計(jì)課本，選取齒寬系數(shù)：=0.3
④確定彈性影響系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6得，=189.8。
⑤確定區(qū)域系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-30，由β=0°得，標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪=2.5。
⑥根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中循環(huán)次數(shù)公式10-13可知，齒輪的工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)公式
=60nj=60*1200*1*20*300*8=3.456× h
∵ u=3
∴ =/u=1.152× h
⑦由工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取=1.152× h，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-19可知，接觸疲勞壽命系數(shù)=0.93
⑧查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-21（d）可得，錐齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限==720Mpa
⑨取失效概率為1%，由于點(diǎn)蝕破壞只引起噪聲和振動增大，不會影響工作的繼續(xù)，故疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S==1。
查機(jī)械設(shè)計(jì)公式10-12可知，計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：
==（*）/=669.6MPa
⑩對于齒形角α=20°，=2.5，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒輪的分度圓直徑：
=
=0.615 mm
則=（1-0.5）=0.52mm
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