太陽能熱水器結(jié)構(gòu)設(shè)計,太陽能熱水器結(jié)構(gòu)設(shè)計,太陽能熱水器,結(jié)構(gòu)設(shè)計 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 目 錄 1緒論 1 1.1本課題的來源及研究的目的和意義 1 1.2 太陽能熱水器的概況 1 1.3本課題所涉及的問題及國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析 1 1.4 國外研究現(xiàn)狀及分析 2 1.5國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析 2 1.6對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析 3 1.7完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法 3 1.8完成本課題的工作方案及進度計劃 3 2太陽熱水器能結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 4 2.1 機型 4 2.2 機具工作原理 4 2.3 總體配置 4 2.4 基本設(shè)計參 5 2.5確定傳動方案 6 2.6電動機的選擇 6 3傳動機構(gòu)的設(shè)計 8 3.1齒輪及齒盤的設(shè)計 8 3.2軸的計算 11 3.3凸輪機構(gòu)的設(shè)計及計算 12 小 結(jié) 15 致 謝 16 參考文獻 17 附 錄 18 1緒論 1.1本課題的來源及研究的目的和意義 進入21世紀，隨著石油、煤、天然氣等這些不可再生自然能源價格的上漲，能源危機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行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 　　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)改進方案，二是提出集熱器日照角度變換的結(jié)構(gòu)改進方案，三是提出在熱水器自動控制方面的改進方案。 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,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)濟效益差等缺點。而家用太陽能熱水器就是一個節(jié)約能源，有效利用能源的典型。隨著人類生活的不斷進步，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)在各個領(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，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)達國家。據(jù)統(tǒng)計，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、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)用同時也得到了一個大規(guī)模進展，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%的電能作補充，365天全天候可以供應(yīng)熱水。太陽能熱水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，由于其經(jīng)濟和社會效益顯著。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200萬噸標準煤。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)的一個組成部分。太陽熱水要擴展到為工農(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，由于受自身條件的限制，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氣熱水器市場。國外的太陽能熱水器發(fā)展很早,但80 年代的石油降價,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100萬m2 。據(jù)初步統(tǒng)計,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80% ,日本為11% ,臺灣達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氣熱水器。雖然太陽能熱水器目前仍存在市場價格高、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)濟性也逐漸顯露出來。有關(guān)專家對三種熱水器的經(jīng)濟指標比較結(jié)果表明，太陽能熱水器在經(jīng)濟上已具有較強的競爭力。 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)量也都遠遠不能滿足需要。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)品的標準化、系列化以及熱水器施工安裝的規(guī)范化，加強與建筑設(shè)計部門的合作，使太陽能熱水器列入建筑標準圖冊，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、燃氣熱水器等產(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)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析 成功設(shè)計出小型太陽能結(jié)構(gòu)機械部分應(yīng)有以下幾個任務(wù)要求： （1）采用齒輪傳動，驅(qū)動為電機； （2）選擇合適的傳動裝置，來達到小型太陽能結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標。 （3）本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 本課題重點研究的是怎樣設(shè)計小型太陽能結(jié)構(gòu)的機械部分，采用適合的傳感器以及傳動裝置來達到設(shè)計任務(wù)的目標。 （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）確定傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)； （3）根據(jù)小型太陽能結(jié)構(gòu)的大小，通過手里要求計算出機構(gòu)中各個零件尺寸的大小、型號等并畫出裝配圖； （4）對受力部件，零件尺寸進行校核計算。 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)文獻資料； （2）確定設(shè)計方案，參考資料，進行設(shè)計，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)文獻資料； （4）設(shè)計傳動機構(gòu)，根據(jù)輸出輸入速度，計算并設(shè)計出減速器； （5）利用AutoCAD軟件畫出裝配圖； （6）計算校核，參考資料書中的計算方法和公式等進行計算交合。 1.8完成本課題的工作方案及進度計劃 完成本課題的方案：本方案采用電動機為動力源，利用減速器等傳動機構(gòu)完成設(shè)計 第1-2周 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告。 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)計要求查閱相關(guān)手冊，對各部份機構(gòu)進行設(shè)計。 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)計說明書。 第11周 整理資料，做好答辯準備。 2太陽熱水器能結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 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)，在安放時應(yīng)選擇合理傾角。 2.1 機型 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，因此本次的機型當(dāng)與此相適應(yīng)才較為恰當(dāng)。 雖然定位為小型機具，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 機具工作原理 工作過程：機器開始工作時，機架上的電機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機構(gòu)轉(zhuǎn)動。從而保證整個集熱器始終正對陽光。同時，在電機的輸出軸上連接凸輪，利用頂桿使其與集熱器架連接。當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，帶動凸輪轉(zhuǎn)動，從而可以控制機架的升降，改變機架的水平角度，以達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，考慮到旋轉(zhuǎn)時需要控制旋轉(zhuǎn)角度，初步考慮選用步進電機， 以便于更準確的控制旋轉(zhuǎn)角度，使其向陽面面積保持最大。升降系統(tǒng)初步考慮用凸輪機構(gòu)完成，以便于盡可能的簡化機構(gòu)，降低成本。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示 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.電機底座 6.電機 7齒輪 8.推桿 9.凸輪 10.轉(zhuǎn)向輪 2.4 基本設(shè)計參 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 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 安裝螺釘 重量 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、齒輪、凸輪等組成。 （2）傳動裝置的特點 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 考慮到電機轉(zhuǎn)速低，傳動功率大，其傳動方案如下圖2-4： 圖2-4 傳動裝置設(shè)計圖 2.6電動機的選擇 選擇步進電機，型號：MPM-ST57C-2P-12.01L?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的。 電動機的外形如下圖2-5： 圖2-5 電機 表 2-3 步進電動機參數(shù) 電動機型號 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)定步進電機的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、換向、轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制步進電機的運行狀態(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)的運行效率和靈活性。圖2-6為單片機控制步進電機接口原理圖。(軟件法形成脈沖序列的程序流程、主程序流程圖、定時器中斷服務(wù)程序流程圖及其相關(guān)程序,時間的設(shè)定見附錄。) 圖2-6 單片機控制步進電機接口電路原理圖 根據(jù)電機軸徑的大小及轉(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/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傳動機構(gòu)的設(shè)計 3.1齒輪及齒盤的設(shè)計 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) 3.1.2按齒面接觸強度設(shè)計 由計算公式計算 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 選取齒寬系數(shù) 查得材料的彈性影響系數(shù) 按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限，齒盤的接觸疲勞強度極限 1） 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 2） 取接觸疲勞壽命系數(shù), 3） 計算接觸疲勞用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1 4）試計算齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 5）計算圓周速度V 6）計算齒寬b 7）計算載荷系數(shù) 由V=0.166m/s ， 7級精度，查得動載系數(shù)，直齒輪KHa=Kfa=1 用插值法查得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時KHB=1.423 由，KHB=1.423KFB=1.35，故載荷系數(shù) 3.1.3按齒根彎曲強度計算 得彎曲強度計算公式為 （1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù) 1） 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；齒輪的彎曲強度極限 2） 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 3） 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 4） 計算載荷系數(shù) 5） 查取齒形系數(shù) 查表得 6） 查取應(yīng)力校正系數(shù) 查得 7） 計算齒輪及底盤齒的并加以比較 大齒輪的數(shù)值大 （2） 設(shè)計計算Error! No bookmark name given. 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取彎曲強度算得的模數(shù)2.05并就近圓整為標準值m=2.5mm，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒數(shù)齒盤這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 3.1.4幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 (2)計算中心距 (3）計算齒輪寬度 取 齒輪一端連接電動機的輸出軸，并與轉(zhuǎn)盤上的齒嚙合，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時，帶動整個機構(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 3.2軸的計算 3.2.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 取軸頸處的直徑為19mm，與標準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)軸器與傳動軸的配合。 3.2.2 鍵連接的強度校核 鍵主要是為了實現(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的尺寸軸的材料是45號鋼，且屬于靜聯(lián)接機械設(shè)計第八版表6-2查得許用擠壓應(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。由機械設(shè)計第八版式6-1可得 T—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－b k—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） —鍵連接的許用擠壓應(yīng)力，/ MPa 可見聯(lián)接的擠壓強度滿足，即該鍵可以正常工作。 鍵的標記為：（GB/T1096-2003） 鍵，圓頭普通平鍵（A型），b=6、h=6、L=20 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)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，，即危險截面C與D其中一個截面，。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)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力為 ，前已選定軸的材料為，調(diào)質(zhì)處理，查表15—1得許應(yīng)彎曲應(yīng)力。因此，故安全。 3.3凸輪機構(gòu)的設(shè)計及計算 3.3.1凸輪機構(gòu)形式的確定 根據(jù)常用凸輪機構(gòu)形式及需要傳遞較大力的要求，在此設(shè)計對心直動滾子推桿盤形凸輪機構(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推桿的運動規(guī)律的確定 根據(jù)機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動角 ，遠休止角=180°，回程運動角=270°，近休止角=360°。 表3-2 凸輪運動規(guī)律表 運動規(guī)律 最大速度 最大加速度 最大躍度 適用場合 等速運動 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 五次多項式 1.88 5.77 60.0 高速中載 由表中可知余弦加速度的運動規(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動規(guī)律，因為加速度曲線連續(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)可得到以下的運動規(guī)律曲線如圖3-3： 圖3-3 推桿運動規(guī)律曲線 3.3.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計 設(shè)計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，弧度值; —推程; —最大線速度; —最大壓力角,一般取30°）;查閱現(xiàn)代機械傳動手冊P763, 則Rb=，Rr=40mm 3.3.4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： 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 推桿的結(jié)構(gòu)如圖3-6 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，就可推動橫梁，從而達到升降的目的。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) 腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，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)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，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，是你們的細心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計。在我的學(xué)業(yè)和設(shè)計的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴謹治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、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。 致 謝 四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，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)計即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。本次設(shè)計是在李宜峰老師的悉心指導(dǎo)與嚴格要求下進行的。從設(shè)計（論文）的選題、方案的設(shè)計、具體的繪圖到說明書撰寫的每個環(huán)節(jié)，都凝聚著李老師的心血和汗水。李老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開拓創(chuàng)新的工作作風(fēng)及對事業(yè)的奮進執(zhí)著精神，都將使我銘記在心，并時刻激勵著我不斷追求勇往直前。此外，本文最終得以順利完成，也是與機電院其他老師的幫助分不開的，他們在設(shè)計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?！白詮姴幌?，求真務(wù)實”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)計中被我引用或參考的論著的作者。在畢業(yè)設(shè)計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答！ 參考文獻 [1] 畢文峰,王侃宏,喬華,崔堅. 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, 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,1991,(01) [4] 申銀俊,劉秀文.真空玻璃管集熱器及其優(yōu)點[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) [10] 曾廣強. 太陽能熱水器的應(yīng)用. 工程建設(shè)與設(shè)計,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結(jié)合的4個建議.現(xiàn)代家電,2003,(07) [13] 孫桓.機械原理（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 程序如下: PULSE: MOV　　　　R3 , # NUM 　　　 PUSH A 　　　 PUSH PSW LOOP: SETB P1. 0 　　　 ACALL DELAY1 　　　 CLR P1. 0 　　　 ACALL DELAY2 　　　 DJNZ R3,LOOP 　　　 POP PSW 　　　 POP A RET 2.主程序流程圖 　　 程序如下: CON: MOV　　 R3, # N 　　 MOV TMOD , # 10H 　　 MOV TL1 , # LOW 　　 MOV TH1 , # H IGH 　　 JNB FLAG ,LEFT 　　 MOV R0 , RM 　　 AJMP TIME - S LEFT: MOV R0 , LM TIME: SETB EA 　　　 SETB ET1 　　　 SETB TR1 WAIT: SJMP WAIT 3.定時器中斷服務(wù)程序流程圖 中斷服務(wù)程序如下: INTTO: PUSH　　A 　　　 PUSH PSW 　　　 MOV A , @R0 　　　 MOV P1 ,A 　　　 INC R0 　　　 MOV A , # 00H 　　　 XRL A , @R0 　　　 JNZ NEXT 　　　 MOV A , R0 　　　 CLR C 　　　 SUBB A , # 03H 　　　 MOV R0 , A NEXT: DJNZ R3 , RETU 　　 CLR ET1 　　　 CLR EA RETU: POP PSW 　　　 POP A 　　　 RETI 4. 具體時間參數(shù)計算如下： 齒盤齒數(shù)z=42，既轉(zhuǎn)過一齒時所旋轉(zhuǎn)的角度為 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，所需時間為6h=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)動所需時間t=分鐘。2:00到傍晚8:00需要轉(zhuǎn)過的角度也為，因時間相同，所需設(shè)定時間不變。 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，所需時間為5h=300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)動所需時間t=分鐘。2:00到傍晚7:00需要轉(zhuǎn)過的角度也為，因時間相同，所需設(shè)定時間不變。根據(jù)所需時間設(shè)定程序，即可保證集熱器的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向。 22