3521 太陽能熱水器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3521 太陽能熱水器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),太陽能熱水器,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
目 錄1 緒論 ...............................................................................................................................................11.1 本課題的來源及研究的目的和意義 ................................................................................11.2 太陽能熱水器的概況 ......................................................................................................11.3 本課題所涉及的問題及國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析 ....................................................11.4 國外研究現(xiàn)狀及分析 ......................................................................................................21.5 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析 .......................................................................................................21.6 對課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 ............................................31.7 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法 ................................................................31.8 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃 ................................................................................32 太陽熱水器能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................42.1 機(jī)型 ..................................................................................................................................42.2 機(jī)具工作原理 ..................................................................................................................42.3 總體配置 ..........................................................................................................................42.4 基本設(shè)計(jì)參 ......................................................................................................................52.5 確定傳動方案 ...................................................................................................................62.6 電動機(jī)的選擇 ...................................................................................................................63 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................83.1 齒輪及齒盤的設(shè)計(jì) ...........................................................................................................83.2 軸的計(jì)算 .........................................................................................................................113.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 .................................................................................................12小 結(jié) ..............................................................................................................................................15致 謝 ..............................................................................................................................................16參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................17附 錄 ..............................................................................................................................................18塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)11 緒論1.1 本課題的來源及研究的目的和意義進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著石油、煤、天然氣等這些不可再生自然能源價(jià)格的上漲，能源危機(jī)再次引起了人們的注意，如何很好的節(jié)約和利用能源，特別是可持續(xù)性能源，一直是人類所面臨的問題。在本次設(shè)計(jì)中我將從我國目前面臨的能源現(xiàn)狀出發(fā)，分析太陽能的基本特性的基礎(chǔ)上，對目前收集太陽能最成功的裝置太陽能熱水器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。太陽能熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的核心是采用高品質(zhì)、高轉(zhuǎn)換率的太陽能集熱器。未來的太陽能熱利用發(fā)展趨勢是太陽能與建筑結(jié)合，太陽能平板集熱器是與建筑結(jié)合最佳方式的太陽集熱器。但我國幅員遼闊，各地日照時(shí)間，日照角度等參數(shù)各不相同，因此可根據(jù)環(huán)境需要做成靈活多變的結(jié)構(gòu)形式和形體尺寸。太陽能熱水器雖然在國內(nèi)用的比較多，但是在結(jié)構(gòu)方面有不少的不足之處，不能盡可能滿足用戶的使用，本次設(shè)計(jì)旨在提出一些可以優(yōu)化的方面。一是提出集熱器旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，二是提出集熱器日照角度變換的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，三是提出在熱水器自動控制方面的改進(jìn)方案。1.2 太陽能熱水器的概況目前太陽能熱水系統(tǒng)尚未納入建筑給排水設(shè)計(jì),工程中較常用的熱水供應(yīng)是采用換熱站提供的合適溫度的熱水,再通過室外管網(wǎng)向用戶供水。該供水方式存在供熱效率低, 經(jīng)濟(jì)效益差等缺點(diǎn)。而家用太陽能熱水器就是一個(gè)節(jié)約能源，有效利用能源的典型。隨著人類生活的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如何更高效的利用太陽能必將成為小型太陽能結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。美國、日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在這方面做了很多有益的探索和研究，在我國，隨著人民生活水平的日益提高，高效便捷的太陽能結(jié)構(gòu)也必將在我國興起、發(fā)展和完善。所以如何提高民用設(shè)備的利用率也就成了一種有益的、必要的、積極的探索和研究。同時(shí)，自 1985 年以來我國太陽能利用取得了舉世矚目的成績，太陽能熱水器是太陽能熱利用中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的領(lǐng)域，并且隨著大眾文明意識的提高、人民生活水平的不斷提高以及對生活熱水需求的日益增長和擁有 9 億人口的農(nóng)村潛在市場的開發(fā)，研究、開發(fā)與太陽能熱水器相配套的控制系統(tǒng)，也就有著重大意義，同時(shí)會創(chuàng)造良好的社會效益。而目前市場上的太陽能熱水器，存在著太陽能利用率不高、穩(wěn)定性差、通用性差等缺陷。本設(shè)計(jì)就是針對這些，開發(fā)具有高太陽能利用率、通用性、穩(wěn)定性好的太陽能熱水器。1.3 本課題所涉及的問題及國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析當(dāng)前我國自主開發(fā)的全玻璃真空管太陽能熱水器在世界上處于領(lǐng)先平，并出口到日本、美國等發(fā)達(dá)國家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到 1998 年底，我國太陽能熱水器生產(chǎn)廠有 1000 多家，年產(chǎn)量在 250 萬平方米以上，年產(chǎn)值 35 億元，從業(yè)人員 1.5 萬人，用戶達(dá) 3000 多萬人，年產(chǎn)量及擁有量均居世界首位，成為我國節(jié)能領(lǐng)域的新興產(chǎn)業(yè)，已引起國際能源界的關(guān)注，發(fā)展勢頭很好。進(jìn)入 90 年代，中國在改革開放政策指引下，隨著太陽能熱水器的不斷改進(jìn)、大眾文明意識的提高、人民生活水平的不斷提高以及對生活熱水需求的日益增長和擁有 9億人口的農(nóng)村潛在，市場的開發(fā)，更是促進(jìn)了太陽熱水工業(yè)的迅速發(fā)展，太陽能熱水器應(yīng)用同時(shí)也得到了一個(gè)大規(guī)模進(jìn)展，并且形成了與空調(diào)、彩電、冰箱等一樣的大規(guī)模市場。太陽能熱水器是利用集熱器吸收太陽光，將光能轉(zhuǎn)化成熱能，并通過儲水箱將熱水儲存的裝置。目前，技術(shù)水平最高的太陽能熱水器是真空集熱管太陽能熱水器。真空集熱管的內(nèi)、外管之間是真空夾層，確保冬季管內(nèi)不結(jié)冰，能夠正常使用，內(nèi)管上有一層選擇性吸收鍍膜，膜層能充分吸收太陽光。真空管里的水，吸收熱量后，通過溫差循環(huán)，加熱儲箱內(nèi)的水。太陽能中央熱水系統(tǒng)采取以太陽能為主，電能為輔的能源利用方式。一般情況下全年90%的熱水來自太陽能，只需 10%的電能作補(bǔ)充，365 天全天候可以供應(yīng)熱水。太陽能熱水塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2器可在全國大部分地區(qū)使用，并被廣泛應(yīng)用于家庭，在賓館沐浴、工業(yè)用水等方面獲得利用。同時(shí)，由于其經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。不用煤油電而用太陽能熱水器洗浴的城鄉(xiāng)居民全國有 3000 多萬，年節(jié)約能源 200 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽熱水不但為廣大城鄉(xiāng)用戶所接受，而且建設(shè)部已將它列入建筑節(jié)能新技術(shù)，準(zhǔn)備推廣，太陽熱水系統(tǒng)將與被動太陽采暖、光伏器件一起成為 21 世楊太陽能建筑結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分。太陽熱水要擴(kuò)展到為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。太陽能產(chǎn)品本身還存在著使用不方便、不配套、質(zhì)量檔次不高的狀況。同時(shí)，由于受自身?xiàng)l件的限制，隨著春夏秋冬四季的變化，以及不同季節(jié)不同天氣的變化，由于真空集熱管太陽能熱水器的單一性能，出水溫度和熱水存量的不確定性給使用中帶來眾多不便，同時(shí)也造成了對太陽能的利用效率低下，太陽能熱水器也就在一定程度上滿足不了不同用戶的不同需要，從而影響了太陽能熱水器的長期發(fā)展。1.4 國外研究現(xiàn)狀及分析在世界范圍內(nèi),太陽能熱水器技術(shù)已很成熟,并已形成行業(yè),正在以優(yōu)良的性能不斷地沖擊電熱水器市場和燃?xì)鉄崴魇袌觥獾奶柲軣崴靼l(fā)展很早,但 80 年代的石油降價(jià),加之取消對新能源減免稅優(yōu)惠的政策導(dǎo)向,使工業(yè)發(fā)達(dá)國家太陽能熱水器總銷售量徘徊在幾十萬平方米。世界環(huán)境發(fā)展大會之后,許多國家又開始重視太陽能熱水器在節(jié)約常規(guī)能源和減少排放二氧化碳方面的潛力,僅據(jù)美國加州首府薩克門托市的計(jì)劃,到 2000 年太陽能熱水器將取代該州 47000 套家用電熱水器 ;到 2000 年日本太陽能熱水器的擁有量將翻一番;以色列更是明文規(guī)定,所有新建房屋必須配備太陽能熱水器。目前,我國是世界上太陽能熱水器生產(chǎn)量和銷售量最大的國家。1992 年銷售量為 50 萬 m2 ,為世界其他各國銷售量之和;1995 年銷售量翻番,達(dá) 100 萬 m2 。據(jù)初步統(tǒng)計(jì),1997 年我國太陽能熱水器銷售量 300 萬 m2 ,目前,我國從事太陽能熱水器研制、生產(chǎn)、銷售和安裝的企業(yè)達(dá)到 1000 余家,年產(chǎn)值 20 億元,從業(yè)人數(shù) 115 萬人。但從房屋的熱水器安裝率來說,以色列已達(dá) 80% ,日本為 11% ,臺灣達(dá) 217 %,我國在千分之幾左右,其太陽能熱水器的推廣應(yīng)用潛力仍很大。國際上,太陽能熱水器產(chǎn)品經(jīng)歷了悶曬式、平板式、全玻璃真空管式的發(fā)展,目前其產(chǎn)品的發(fā)展方向仍注重提高集熱器的效率,如將透明隔熱材料應(yīng)用于集熱器的蓋板與吸熱間的隔層,以減少熱量損失;聚脂薄膜的透明蜂窩已在德國和以色列批量生產(chǎn)。隨著世界范圍內(nèi)的環(huán)境意識和節(jié)能意識的普遍提高,太陽能熱水器必將逐步替代電熱水器和燃?xì)鉄崴?。雖然太陽能熱水器目前仍存在市場價(jià)格高、受季節(jié)和天氣影響的不利因素,但太陽能熱水器具有不耗能、安全性、無污染性等優(yōu)勢,而且隨著技術(shù)的發(fā)展其經(jīng)濟(jì)性也逐漸顯露出來。有關(guān)專家對三種熱水器的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果表明，太陽能熱水器在經(jīng)濟(jì)上已具有較強(qiáng)的競爭力。1.5 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析我國的太陽能熱水器發(fā)展趨勢十幾年來 ，我國太陽能熱水器行業(yè)從無到有，由小變大，發(fā)展非常迅速，但其普及率仍然很低，產(chǎn)品的品種、功能和質(zhì)量也都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要。今后，我國太陽能熱水器將怎樣發(fā)展，這里僅從產(chǎn)品和技術(shù)的角度，對其發(fā)展趨勢做個(gè)介紹。1.4.1 太陽能熱水器將與建筑結(jié)合在許多工業(yè)化國家中，太陽能熱水器早己列為建筑配套設(shè)備的一部分。從節(jié)能、環(huán)保和改善人民生活條件等因素考慮，在住宅設(shè)計(jì)中采用太陽能熱水器提供生活熱水己是大勢所趨。為要使太陽能熱水器盡早步入建筑行業(yè)，我們首先要研究太陽能熱水器與建筑外觀相協(xié)調(diào)的總體方案(依據(jù)南方或北方、城鎮(zhèn)或農(nóng)村、樓房或平房等不同情況)，設(shè)計(jì)出與建筑結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的各種太陽能熱水器產(chǎn)品(依據(jù)平屋頂、斜屋頂、陽臺等不同條件);其次要重視熱水器產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化以及熱水器施工安裝的規(guī)范化，加強(qiáng)與建筑設(shè)計(jì)部門的合塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)3作，使太陽能熱水器列入建筑標(biāo)準(zhǔn)圖冊，真正成為建筑的配套設(shè)備。1.4.2 太陽能熱水器將逐步完善功能人們對住宅中獲取生活熱水的要求正在日趨提高。為了能與電熱水器、燃?xì)鉄崴鞯犬a(chǎn)品競爭，太陽能熱水器除了在節(jié)能和環(huán)保兩方面具有優(yōu)勢之外，還應(yīng)當(dāng)具有防凍或抗凍功能;人們希望洗浴時(shí)熱水猶如自來水那樣噴淋，太陽能熱水器就應(yīng)當(dāng)采用頂水法取出熱水;人們希望供熱水設(shè)備不要因水垢而堵塞，熱水器就應(yīng)當(dāng)將集熱回路與生活熱水回路分開;人們希望即使陰雨天也能用上熱水，太陽能熱水器就應(yīng)當(dāng)跟輔助能源配套;等等。由此可見，全年用熱水器、承壓水箱、雙循環(huán)系統(tǒng)、輔助電加熱等技術(shù)改進(jìn)都將是我國太陽能熱水器發(fā)展的必然趨勢。1.6 對課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析成功設(shè)計(jì)出小型太陽能結(jié)構(gòu)機(jī)械部分應(yīng)有以下幾個(gè)任務(wù)要求：（1）采用齒輪傳動，驅(qū)動為電機(jī)；（2）選擇合適的傳動裝置，來達(dá)到小型太陽能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。（3）本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路本課題重點(diǎn)研究的是怎樣設(shè)計(jì)小型太陽能結(jié)構(gòu)的機(jī)械部分，采用適合的傳感器以及傳動裝置來達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的目標(biāo)。（1）根據(jù)小型太陽能結(jié)構(gòu)需要旋轉(zhuǎn)和升降的要求和自動化程度來選擇適合的動力源；（2）確定傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；（3）根據(jù)小型太陽能結(jié)構(gòu)的大小，通過手里要求計(jì)算出機(jī)構(gòu)中各個(gè)零件尺寸的大小、型號等并畫出裝配圖；（4）對受力部件，零件尺寸進(jìn)行校核計(jì)算。1.7 完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法(1) 了解小型太陽能結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及在國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，上網(wǎng)和圖書館查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料；（2）確定設(shè)計(jì)方案，參考資料，進(jìn)行設(shè)計(jì)，詢問老師和同學(xué)；(3) 了解小型太陽能結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸以及傳動速度，上網(wǎng)和去圖書館查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料；（4）設(shè)計(jì)傳動機(jī)構(gòu)，根據(jù)輸出輸入速度，計(jì)算并設(shè)計(jì)出減速器；（5）利用 AutoCAD 軟件畫出裝配圖；（6）計(jì)算校核，參考資料書中的計(jì)算方法和公式等進(jìn)行計(jì)算交合。1.8 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃完成本課題的方案：本方案采用電動機(jī)為動力源，利用減速器等傳動機(jī)構(gòu)完成設(shè)計(jì)第 1-2 周 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫開題報(bào)告。第 3-4 周 確定總體方案，明確相關(guān)內(nèi)容。第 5-6 周 根據(jù)設(shè)計(jì)要求查閱相關(guān)手冊，對各部份機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。第 7-9 周 繪制零件圖和裝配圖第 10 周 完成對產(chǎn)品的校核工作及設(shè)計(jì)說明書。第 11 周 整理資料，做好答辯準(zhǔn)備。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)42 太陽熱水器能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案表 2-1 太陽能集熱器安裝傾角速查表城市 緯度/（°） 安裝傾角/（°）和田 37.09 35阿克蘇 41.09 40哈密 42.50 40烏魯木齊 43.45 40伊犁 43.55 45塔城 46.46 45 注：太陽能集熱器單位面積得熱量與所在地經(jīng)緯度、大氣透明系數(shù)、集熱器傾角等因素有關(guān)，在安放時(shí)應(yīng)選擇合理傾角。2.1 機(jī)型我國人口眾多，基本上各家各戶都需要安裝太陽能熱水器，因此，對小型太陽能熱水器的需求量很大，因此本次的機(jī)型當(dāng)與此相適應(yīng)才較為恰當(dāng)。雖然定位為小型機(jī)具，但其結(jié)構(gòu)尺寸還要根據(jù)具體的配套太陽能熱水器來定。國內(nèi)集熱器型號有很多，考慮到熱水器需要轉(zhuǎn)動和升降，要求有較大的驅(qū)動力，因此盡量減少熱水器質(zhì)量，優(yōu)先考慮非承壓分離式熱水器，先選 SLL5818—25 型集熱器。2.2 機(jī)具工作原理工作過程：機(jī)器開始工作時(shí)，機(jī)架上的電機(jī)帶動其同軸的齒輪轉(zhuǎn)動，與其相嚙合的底座齒盤帶動整個(gè)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動。從而保證整個(gè)集熱器始終正對陽光。同時(shí)，在電機(jī)的輸出軸上連接凸輪，利用頂桿使其與集熱器架連接。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動凸輪轉(zhuǎn)動，從而可以控制機(jī)架的升降，改變機(jī)架的水平角度，以達(dá)到最大限度利用太陽能的目的。2.3 總體配置經(jīng)過多次的討論和研究，確定小型太陽能的總體結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)動裝置和動力傳送系統(tǒng)及升降裝置。其中動力源為電動機(jī)，考慮到旋轉(zhuǎn)時(shí)需要控制旋轉(zhuǎn)角度，初步考慮選用步進(jìn)電機(jī)，以便于更準(zhǔn)確的控制旋轉(zhuǎn)角度，使其向陽面面積保持最大。升降系統(tǒng)初步考慮用凸輪機(jī)構(gòu)完成，以便于盡可能的簡化機(jī)構(gòu)，降低成本。其結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5圖 2-1 太陽能熱水器結(jié)構(gòu)示意圖1.底盤 2.集熱器三角架 3.集熱器 4.導(dǎo)軌 5.電機(jī)底座 6.電機(jī) 7 齒輪 8.推桿 9.凸輪 10.轉(zhuǎn)向輪2.4 基本設(shè)計(jì)參配套集熱器 SLL5818—25 集熱器的外形如圖 2-2 所示：圖 2-2 SLL5818—25 型集熱器具體參數(shù)見下表：表 2-2 規(guī)格型號表產(chǎn)品型號 SLL5818—25 曬樂系列 SLL5818—25 速樂系列集熱器件 58mm×1800mm“曬樂”真空管58mm×1800mm“曬樂”真空管塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)6真空管數(shù)量及間距 25 支×75mm 25 支×75mm集熱面積 輪廓面積 4m2 輪廓面積 4m2內(nèi)膽材料 SUS304 不銹鋼 SUS304 不銹鋼外殼材料 鍍鋁鋅板不銹鋼 鍍鋁鋅板不銹鋼保溫材料 45mm 厚聚氨酯發(fā)泡 45mm 厚聚氨酯發(fā)泡密封材料 硅橡膠密封 硅橡膠密封外形尺寸 140m920m× 140m920m×安裝螺釘 518M? 58M?重量 kg kg與其配套使用的三角架如圖 2-3圖 2-3 三角架2.4.1 三角架主要用于固定集熱器并與底座裝置、升降裝置連接。（1）該支架適用于 SLL5818 系列集熱器。（2）適用于集熱器一層放置，傾角 30 度。（3）采用 4#國標(biāo)角鋼或 4#熱鍍鋅角鋼現(xiàn)場焊接制成。2.4.2 傳動裝置整體結(jié)構(gòu)（1）傳動裝置的組成 傳動裝置由電機(jī)、齒輪、凸輪等組成。（2）傳動裝置的特點(diǎn) 與齒輪嚙合的齒盤上齒呈弧線分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求齒輪有較大的剛度。2.5 確定傳動方案 考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速低，傳動功率大，其傳動方案如下圖 2-4：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)7圖 2-4 傳動裝置設(shè)計(jì)圖2.6 電動機(jī)的選擇選擇步進(jìn)電機(jī)，型號：MPM-ST57C-2P-12.01L。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。電動機(jī)的外形如下圖 2-5：圖 2-5 電機(jī)表 2-3 步進(jìn)電動機(jī)參數(shù)電動機(jī)型號 步距角 相數(shù) 最大靜轉(zhuǎn)矩 定位轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量MPM-ST57C-2P-12.01L 7.5° 4 1,500g.cm 425 g.cm 12.5 g.cm注：其中，電壓:12VDC 電流:0.6A? 電阻:21Ω 引線規(guī)格:UL1007 AWG26 。用微機(jī)控制系統(tǒng)代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器,可以根據(jù)系統(tǒng)需要通過軟件編程的方法任意設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、換向、轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。通過控制程序，這樣可簡化控制電路,降低生產(chǎn)成本,提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和靈活性。圖 2-6 為單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)接口原理圖。(軟件法形成脈沖序列的程序流程、主程序流程圖、定時(shí)器中斷服務(wù)程序流程圖及其相關(guān)程序,時(shí)間的設(shè)定見附錄。)塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)8圖 2-6 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)接口電路原理圖 根據(jù)電機(jī)軸徑的大小及轉(zhuǎn)動慣量，選取聯(lián)軸器，選擇 GY 型凸緣聯(lián)軸器，型號：GY2,工稱轉(zhuǎn)矩/（N.M）63，許用轉(zhuǎn)速/（r/min）10000，轉(zhuǎn)動慣量/（ )0.0015，質(zhì)量2mkg?/kg1.72，符合要求。聯(lián)軸器的外形如下圖 2-7： 圖 2-7 凸緣聯(lián)軸器3 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1 齒輪及齒盤的設(shè)計(jì)3.1.1 齒輪的材料及定義（1）選用直齒圓柱齒輪（2）材料選擇，選擇小齒輪材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，牌號：（GB/T 699-1999 20Mn）硬度為 197HBW（3）選齒輪齒數(shù) ，齒盤齒數(shù)42=z142z=3.1.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由計(jì)算公式計(jì)算塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)932HE11 )][σz（u+.φ dkT2≥td確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù) 3K1?計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩mN0×7.=n9095.=T?5151選取齒寬系數(shù) 1φ d查得材料的彈性影響系數(shù) 21а89.MP=ZE按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，齒盤的接觸疲勞強(qiáng)度a160MPσ Hmin?極限 a250MPσ Hmin=1） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)7828110×4.65=0.95=N 10×2.95=1）38（ 2JLh62） 取接觸疲勞壽命系數(shù) , 9KHN1.95KHN2=3） 計(jì)算接觸疲勞用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1 52.MPa=0а×.95slim1σKHN=[σ ]46а=σσ 0→σ x2→σ14）試計(jì)算齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值1d[σ H]05=)σ z（u+tk2.3≥d2HE115）計(jì)算圓周速度 V .16m/s0×648π=06nπV16）計(jì)算齒寬 b 5tdΦ 1=7）計(jì)算載荷系數(shù)由 V=0.166m/s ， 7 級精度，查得動載系數(shù) ，直齒輪 KHa=Kfa=11.2KV?塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)10用插值法查得 7 級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時(shí) KHB=1.423由 ，KHB=1.423 KFB=1.35，故載荷系數(shù)12.4hb??1.594=23×1=K=HbaVА3.1.3 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算得彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式為 3SaF21)[σ ]Y（φ dzKT≥m（1） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)1） 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；齒輪的彎曲強(qiáng)度極限a150MP=σ FEa2380MP=σ FE2） 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 0.8=K×0.85=K11FNFN3） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4?238.6MPа=140.8=sσ FEKN=[σ H]57а5σσ 22114） 計(jì)算載荷系數(shù) 51×.KFbaVА5） 查取齒形系數(shù)查表得 2.5=Y6Fa16） 查取應(yīng)力校正系數(shù)查得 1.764=Sa2Y87） 計(jì)算齒輪及底盤齒的 并加以比較[σ F]YSa0.164=23879×.6=[σ F]Y351σ Sa1F2大齒輪的數(shù)值大（2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 Error! No bookmark name given.塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)112.05=0164×2419.85≥m34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 的大小主要取決于彎曲強(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，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 2.05 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=2.5mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 ，算出小齒數(shù) 齒盤105=d 42=.510mdz這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動，既滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲強(qiáng)度，并42Z?做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。3.1.4 幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑 105=2.×4mz=d2(2)計(jì)算中心距 +a21(3）計(jì)算齒輪寬度 105=φ d=b1取 05mB2齒輪一端連接電動機(jī)的輸出軸，并與轉(zhuǎn)盤上的齒嚙合，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動整個(gè)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。表 3-1 齒輪的基本參數(shù)：齒數(shù) 模數(shù) 齒全高 壓力角齒輪 42 2.5 18 20齒盤 42 2.5 18 20齒輪結(jié)構(gòu)如下圖 3-1圖 3-1 齒輪塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)123.2 軸的計(jì)算3.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取軸頸處的直徑為 19mm，與標(biāo)準(zhǔn) GY 型凸緣聯(lián)軸器(型號：GY2)的孔徑相同。各軸段配合及表面粗糙度選擇如下：軸頸處 , ;齒輪處配合處為 ，聯(lián)軸器H9/f0.8μ m=Ra H8/t7與傳動軸的配合 。H9/h83.2.2 鍵連接的強(qiáng)度校核鍵主要是為了實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向定位來傳遞轉(zhuǎn)距，鍵的形式用多種， ，根據(jù)傳動的要求，鍵的選擇應(yīng)根據(jù)軸的直徑選擇不同型號的鍵，軸的直徑 d=19mm 選用 A 型平鍵（GB/T1096—2003 摘錄） ，與聯(lián)軸器連接處鍵的尺寸 與凸輪連接處鍵20×6=Lhb的尺寸 軸的材料是 45 號鋼，且屬于靜聯(lián)接機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 6-2 查20×6=Lhb得許用擠壓應(yīng)力為[σp]=120-150MPa,取其平均值[σp]=135MPa。鍵的工作長度為,鍵與聯(lián)軸器鍵槽的接觸高度為 。14m20m=l 3m.5k???由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版式 6-1 可得][σ≤kldTP3Pσ 135MPa<27=149307.62=3T—傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.M）d—軸的直徑（mm）l—鍵的工作長度（mm） ；A 型，l=L－bk—鍵與輪轂的接觸高度（mm） ；k=h－t，h 為鍵的高度，b—鍵的寬度（mm）t—切向鍵工作面寬度（mm）—鍵的許用切應(yīng)力（MPa）Pσ—鍵連接的許用擠壓應(yīng)力， / MPa][σ可見聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度滿足，即該鍵可以正常工作。鍵的標(biāo)記為：（GB/T1096-2003） 鍵 ，圓頭普通平鍵（A 型） ，b=6、h=6、L=2020×6軸的結(jié)構(gòu)如下圖 3-2圖 3-2 傳動軸3.2.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面， ，即危險(xiǎn)截面 C 與 D 其中一個(gè)截面， 。根據(jù)式 及以上數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動W(α T)+M=σ22ca循環(huán)變應(yīng)力，取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力為0.6??塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)13，前已選定軸的51.26MPa=5×0.1)0386(+)(6127=Wα T)+M=σ 232322ca材料為 ，調(diào)質(zhì)處理，查表 15—1 得許應(yīng)彎曲應(yīng)力 。因此 ，故40Cr 7][σ 1- ][σ<σ 1-ca安全。3.3 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.3.1 凸輪機(jī)構(gòu)形式的確定根據(jù)常用凸輪機(jī)構(gòu)形式及需要傳遞較大力的要求，在此設(shè)計(jì)對心直動滾子推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)，由于滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，所以磨損較小，故可用來傳遞較大的動力。3.3.2 推桿的運(yùn)動規(guī)律的確定根據(jù)機(jī)架需要上升十五度角，可確定推桿的推程 h=200mm，然后確定推桿的推程運(yùn)動角，遠(yuǎn)休止角 =180°，回程運(yùn)動角 =270°，近休止角 =360°。?90=δ 01δ ＇0?02δ表 3-2 凸輪運(yùn)動規(guī)律表運(yùn)動規(guī)律 最大速度 最大加速度 最大躍度 適用場合?）（ hω /δv0max ?）δ（ hωα 20/max ×)/δ（ hωj30max等速運(yùn)動 1.00 低速輕載∞等加速等減速 2.00 4.00 中速輕載∞余弦加速度 1.57 4.93 中低速重載∞正弦加速度 2.00 6.28 39.7 中高速輕載五次多項(xiàng)式 1.88 5.77 60.0 高速中載 由表中可知余弦加速度的運(yùn)動規(guī)律適用于中低速重載的場合，因此，在此選用余弦加速度運(yùn)動規(guī)律，因?yàn)榧铀俣惹€連續(xù)。行程始末加速度等于零，躍度為有限值的突變。啟動平穩(wěn)。導(dǎo)路側(cè)壓力小，沖擊、磨損較輕。適用中、高速輕載。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可得到以下的運(yùn)動規(guī)律曲線如圖 3-3：圖 3-3 推桿運(yùn)動規(guī)律曲線塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)143.3.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)凸輪的輪廓曲線必須知道基圓半徑 Rb，根據(jù)公式：Rb= （ —推程角，2h-tanαβ Vm11β弧度值; —推程; —最大線速度; —最大壓力角,一般取 30°）;查閱現(xiàn)代機(jī)械傳hmVmα動手冊 P763, 則 Rb= ，Rr=40mm132=h-tan0×18π90.4523.3.4 作圖法畫出凸輪的輪廓曲線根據(jù)基圓半徑及上述的推桿輪廓曲線作出凸輪的工作廓線如下圖 3-4：123 4 5 6789??? ?0010?02圖 3-4 凸輪工作廓線由此可得凸輪的輪廓曲線如圖 3-5：圖 3-5 凸輪3.3.5 推桿的設(shè)計(jì)推桿的結(jié)構(gòu)如圖 3-6塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15圖 3-6 推桿由于需要傳遞較大的力所以選用滾子推桿。這種推桿由于滾子與凸輪輪廓之間為滾動摩擦，所以磨損較小，故可以傳遞較大的力。推桿一端連接凸輪，一端與三角架的橫梁接觸，凸輪轉(zhuǎn)動時(shí)，就可推動橫梁，從而達(dá)到升降的目的。根據(jù)推桿需要頂?shù)饺羌艿臋M梁上，選定頂桿長 203mm，直徑 30mm。滾子直徑 40mm，寬度 20mm。3.3.6 支撐柱考慮到底盤前半部分受力過大，需要加裝支撐柱。支撐柱采用合金結(jié)構(gòu)鋼，外形如下圖 3-7：圖 3-7 支撐柱注：支撐柱后半部分 50mm 澆注在房頂平面以下。小 結(jié)腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實(shí)際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識有很大的幫助，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。在此更要感謝我的導(dǎo)師和專業(yè)老師，是你們的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在我的學(xué)業(yè)和設(shè)計(jì)的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師李老師致以最衷心的感謝和深深的敬意。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)16致 謝四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在設(shè)計(jì)即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。本次設(shè)計(jì)是在李宜峰老師的悉心指導(dǎo)與嚴(yán)格要求下進(jìn)行的。從設(shè)計(jì)（論文）的選題、方案的設(shè)計(jì)、具體的繪圖到說明書撰寫的每個(gè)環(huán)節(jié)，都凝聚著李老師的心血和汗水。李老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開拓創(chuàng)新的工作作風(fēng)及對事業(yè)的奮進(jìn)執(zhí)著精神，都將使我銘記在心，并時(shí)刻激勵(lì)著我不斷追求勇往直前。此外，本文最終得以順利完成，也是與機(jī)電院其他老師的幫助分不開的，他們在設(shè)計(jì)過程中給我提供了不少的意見和建議，使我少走了許多彎路，在此向他們表示深深的感謝！大學(xué)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的老師和同學(xué)們、表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī)會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。塔里木大學(xué)四季如春的校園，美麗如詩的風(fēng)景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴的學(xué)習(xí)期間，讓我的知識體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質(zhì)得到了極大的鍛煉。 “自塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17強(qiáng)不息，求真務(wù)實(shí)”的校訓(xùn)我將銘記于心，在未來的學(xué)習(xí)和工作中躬身踐行。再次,感謝我的同學(xué)們,以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中得到了他們無私的幫助，以及許多啟發(fā)性的指導(dǎo)和建議。在此向所有支持、關(guān)心、幫助我的人表示由衷的感謝!祝他們永遠(yuǎn)健康、幸福! 最后，感謝我的父母、親人們對我學(xué)習(xí)的默默支持，使我能順利完成本科學(xué)業(yè)。在未來的日子里，我會更加努力的學(xué)習(xí)和工作，這或許是對他們最大的報(bào)答！參考文獻(xiàn)[1] 畢文峰,王侃宏,喬華,崔堅(jiān). 平板集熱器冬季工況集熱性能分析.煤礦現(xiàn)代化, 2005,(01) [2] 周子成,田軍.用于太陽能熱泵的真空管集熱器的研究. 制冷學(xué)報(bào), 1990,(02) [3] 郁道光, 宋可生, 焦小浣. 真空管平板集熱器最小陽光入射角的一種證明及光學(xué)性能分析.太陽能學(xué)報(bào),1991,(01) [4] 申銀俊,劉秀文.真空玻璃管集熱器及其優(yōu)點(diǎn)[J].稀有金屬材料與工程,1986,(01) [5] 劉鑒民. 太陽能集熱器性能的粗略估算. 太陽能,1983,(03) [6] 方鐸榮, 李元哲. 平板集熱器最佳化設(shè)計(jì)的一種方法—成本/效率法.太陽能學(xué),1984,(01) [7] 葉小華. 3.56XCPC—平板集熱器組合式太陽能開水器的設(shè)計(jì)研究[J].能源研究與信息,1986,(01)[8] 呂錫民.國內(nèi)太陽能熱水器使用狀況調(diào)查分析.能源季刊,1997 ,27 (3):105～117[9] 才立煒. 推廣太陽能熱水器技術(shù)中應(yīng)重視的問題. 農(nóng)村能源,2001,(01) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)18[10] 曾廣強(qiáng). 太陽能熱水器的應(yīng)用. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì),1994,(06) [11] 略談目前我國太陽能熱水器行業(yè)現(xiàn)狀. 家電科技,2004,(Z1)[12] 郭景. 太陽能熱水器與建筑有機(jī)結(jié)合的 4 個(gè)建議.現(xiàn)代家電,2003,(07)[13] 孫桓.機(jī)械原理（第 7 版）.高等教育出版社,2006.附 錄1.軟件法形成脈沖序列的程序流程塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19程序如下:PULSE: MOV R3 , # NUMPUSH A PUSH PSWLOOP: SETB P1. 0ACALL DELAY1CLR P1. 0ACALL DELAY2DJNZ R3,LOOPPOP PSWPOP ARET2.主程序流程圖塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)20程序如下: CON: MOV R3, # N MOV TMOD , # 10HMOV TL1 , # LOWMOV TH1 , # H IGHJNB FLAG ,LEFTMOV R0 , RMAJMP TIME - SLEFT: MOV R0 , LMTIME: SETB EASETB ET1SETB TR1WAIT: SJMP WAIT3.定時(shí)器中斷服務(wù)程序流程圖塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)21塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)22中斷服務(wù)程序如下:INTTO: PUSH APUSH PSWMOV A , @R0MOV P1 ,AINC R0MOV A , # 00HXRL A , @R0JNZ NEXTMOV A , R0CLR CSUBB A , # 03HMOV R0 , A NEXT: DJNZ R3 , RETUCLR ET1CLR EARETU: POP PSWPOP ARETI4.具體時(shí)間參數(shù)計(jì)算如下：齒盤齒數(shù) z=42，既轉(zhuǎn)過一齒時(shí)所旋轉(zhuǎn)的角度為 ?4.286=10/α夏秋兩季：暫定集熱器從臨晨 8:00 到正午 2:00 需轉(zhuǎn)過的角度為 ，所需時(shí)間為906h=360 分鐘。設(shè)定每次只轉(zhuǎn)一齒，到正午 2:00 需要轉(zhuǎn)動 次，每次轉(zhuǎn)動所需時(shí)1?間 t= 分鐘。2:00 到傍晚 8:00 需要轉(zhuǎn)過的角度也為 ，因時(shí)間相同，所17≈.4=2360 ?需設(shè)定時(shí)間不變。冬春兩季：集熱器從臨晨 9:00 到正午 2:00 需轉(zhuǎn)過的角度為 ，所需時(shí)間為 5h=300?90分鐘。設(shè)定每次只轉(zhuǎn)一齒，到正午 2:00 需要轉(zhuǎn)動 次，每次轉(zhuǎn)動所需時(shí)間 t=21=4.8690?分鐘。2:00 到傍晚 7:00 需要轉(zhuǎn)過的角度也為 ，因時(shí)間相同，所需14≈.286=130 ?設(shè)定時(shí)間不變。根據(jù)所需時(shí)間設(shè)定程序，即可保證集熱器的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向。
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