便攜式太陽(yáng)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】

資源目錄里展示的全都有，所見(jiàn)即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問(wèn)可加】 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(yáng)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(yáng)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(shí)候，電子設(shè)備得不到及時(shí)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(yáng)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(guò)對(duì)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(dòng)，太陽(yáng)能板能夠自動(dòng)跟蹤陽(yáng)光的不同照射方向而做相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，大大提高了太陽(yáng)能的利用率。而光伏發(fā)電具有安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染，制約少，故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電具有節(jié)能，環(huán)保，一次投資，長(zhǎng)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(yáng)能電池板，便攜式旅行箱，免維護(hù)膠體蓄電池。便攜式太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)的產(chǎn)生，使得太陽(yáng)能的利用得到了進(jìn)一步的擴(kuò)大應(yīng)用范圍，所以對(duì)便攜式太陽(yáng)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(yáng)能光伏供電系統(tǒng)具有深遠(yuǎn)的意義。 關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；應(yīng)用廣；無(wú)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(yáng)能光伏發(fā)電能源調(diào)查分析 １ 1.1 太陽(yáng)能發(fā)電概述 １ 1.2 太陽(yáng)能發(fā)電起源及發(fā)展 １ 1.3 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備 ２ 1.4 太陽(yáng)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(shì) ３ 1.6.1發(fā)展現(xiàn)狀 ３ 1.6.2發(fā)展趨勢(shì) ４ 1.7 中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r、趨勢(shì)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(shì) ６ 1.7.3企業(yè)責(zé)任 ７ 1.8 中國(guó)光伏發(fā)電的未來(lái)和陽(yáng)光計(jì)劃 ７ 2 便攜式自適應(yīng)太陽(yáng)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(chǎng)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(guò)程和步驟 １４ 3.1 各部件的設(shè)計(jì) １４ 3.2 各傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) ２０ 3.3 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 ２１ 4 電動(dòng)機(jī)的選擇 ２１ 4.1 電動(dòng)機(jī)的容量選擇 ２１ 4.2 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選定速 ２２ 4.3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)的計(jì)算 ２２ 5 齒輪傳動(dòng)計(jì)算（直齒輪，圓錐齒輪） ２３ 5.1 直齒輪傳動(dòng)計(jì)算 ２３ 5.2 直齒圓錐齒輪傳動(dòng)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(rùn)滑的選擇 ３６ 7.1 鍵的選擇與計(jì)算 ３６ 7.2 潤(rùn)滑方式的選擇 ３７ 8 便攜式太陽(yáng)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(chǎng)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(chǔ)量有限,難以維持人類的可持續(xù)發(fā)展;同時(shí)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(lái)越多的國(guó)家都逐漸清醒地認(rèn)識(shí)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(huì)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(yáng)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(yáng)能利用的優(yōu)勢(shì)最為明顯,它具有以下幾個(gè)特點(diǎn):①儲(chǔ)量的“無(wú)限性”相對(duì)于常規(guī)能源和其它可再生能源的有限性,太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量的“無(wú)限性”,取之不盡,用之不竭。②存在的普遍性相對(duì)于其它能源來(lái)說(shuō),太陽(yáng)能對(duì)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(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用幾乎不產(chǎn)生任何污染;同時(shí)由于其儲(chǔ)量無(wú)限,利用術(shù)代價(jià)不高,具有良好的經(jīng)濟(jì)性。太陽(yáng)能也必將由此在世界能源的未來(lái)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(yáng)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(wèn)題,這就要求我們太陽(yáng)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(yáng)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用。隨著化石能源的減少,太陽(yáng)能利用的比例將大幅度提高。便攜式太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，對(duì)太陽(yáng)能的利用具有很大的促進(jìn)作用。 1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電能源調(diào)查分析 1.1 太陽(yáng)能發(fā)電概述 太陽(yáng)能發(fā)電分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。通常說(shuō)的太陽(yáng)能發(fā)電指的是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，簡(jiǎn)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(yáng)能電池。太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽(yáng)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(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具，光伏電源無(wú)處不在。太陽(yáng)能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽(yáng)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(guó)國(guó)產(chǎn)晶體硅電池效率在10至13%左右，國(guó)際上同類產(chǎn)品效率約12至14%。由一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能電池片組成的太陽(yáng)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(wú)電場(chǎng)合提供電源；二是太陽(yáng)能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽(yáng)能充電器、太陽(yáng)能路燈和太陽(yáng)能草地各種燈具等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)大面積推廣實(shí)施。到2009年，中國(guó)并網(wǎng)發(fā)電還未開(kāi)始全面推廣，不過(guò)，2008年北京奧運(yùn)會(huì)部分用電是由太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電提供的。 1.2 太陽(yáng)能發(fā)電起源及發(fā)展 早在1839年，法國(guó)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(lái)被稱為“光生伏打效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“光伏效應(yīng)”。1954年，美國(guó)科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制成了實(shí)用的單晶硅太陽(yáng)電池，誕生了將太陽(yáng)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(wèn)題日益突出，傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對(duì)環(huán)境造成的危害日益突出，同時(shí)全球約有20億人得不到正常的能源供應(yīng)。這個(gè)時(shí)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(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展，這之中太陽(yáng)能以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)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(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)，6個(gè)兆瓦級(jí)的聯(lián)網(wǎng)光伏電站。美國(guó)是最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃的國(guó)家。1997年又提出“百萬(wàn)屋頂”計(jì)劃。日本1992年啟動(dòng)了新陽(yáng)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(guó)新可再生能源法規(guī)定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，大大推動(dòng)了光伏市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國(guó)成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展最快的國(guó)家。瑞士、法國(guó)、意大利、西班牙、芬蘭等國(guó)，也紛紛制定光伏發(fā)展計(jì)劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。 1.3 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)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(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。 1.4 太陽(yáng)能光伏技術(shù) 太陽(yáng)是能量的天然來(lái)源。地球上每一個(gè)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(lái)自于太陽(yáng)的能量。我們的地球處在離太陽(yáng)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(wàn)分之三，即使這么小的一點(diǎn)能量， 實(shí)際上比整個(gè)世界現(xiàn)有的發(fā)電能力還大十萬(wàn)倍！全世界尤其是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始感到能量短缺，因此，人們開(kāi)始求助于太陽(yáng)能，以解決能源危機(jī)。 太陽(yáng)能發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn)在于：太陽(yáng)能電池可以設(shè)置在房頂?shù)绕綍r(shí)不使用的空間，無(wú)噪音、壽命長(zhǎng)，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(yáng)能電池，就可以實(shí)現(xiàn)家中用電的自給?，F(xiàn)今太陽(yáng)能的主要用途已不再是小規(guī)模的，從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，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(jià)太陽(yáng)能車、歐洲科學(xué)家研制出輕便的可穿在身上的太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)突破。它已被許多發(fā)達(dá)國(guó)家作為其能源戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分。 1.5 應(yīng)用領(lǐng)域 （1）、用戶太陽(yáng)能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠(yuǎn)無(wú)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(wú)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(hào)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(wú)線電話亭、無(wú)人值守道班供電等。 （3）、通訊/通信領(lǐng)域：太陽(yáng)能無(wú)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(kù)閘門陰極保護(hù)太陽(yáng)能電源系統(tǒng)、石油鉆井平臺(tái)生活及應(yīng)急電源、海洋檢測(cè)設(shè)備、氣象/水文觀測(cè)設(shè)備等。 （5）、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營(yíng)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(shì) 1.6.1發(fā)展現(xiàn)狀 CSIA最新研究報(bào)告稱，目前太陽(yáng)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(duì)較低，技術(shù)成熟，但光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)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(lái)薄膜電池會(huì)有更好的發(fā)展前景。2009年全球太陽(yáng)能電池市場(chǎng)產(chǎn)品銷量比例如圖1-1所示。 圖1-1 2009年全球太陽(yáng)能電池市場(chǎng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（按銷售量） 在各國(guó)政府的大力支持下，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。2006年至2009年，太陽(yáng)能光伏電池產(chǎn)量的年均增長(zhǎng)率為60%。由于受到2008年金融危機(jī)的影響，2009年前兩個(gè)季度光伏電池產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度有所放緩，但隨著2009年下半年市場(chǎng)需求的復(fù)蘇，2009年全年的太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)到了10431MW，比2008年增長(zhǎng)42.5%。如圖1-2所示。 圖1-2 2006—2009年全球太陽(yáng)能電池產(chǎn)量 目前太陽(yáng)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(guó)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(guó)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(guó)、西班牙、法國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了爆發(fā)式發(fā)展的態(tài)勢(shì)，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(guó)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(shì) （1）全球太陽(yáng)能需求將持續(xù)成長(zhǎng)。在2013到2014年期間，全球太陽(yáng)能市場(chǎng)年度需求量預(yù)計(jì)將達(dá)到30到40GW的水準(zhǔn)。在未來(lái)的四到五年里，政策仍然將是主要太陽(yáng)能市場(chǎng)的最大驅(qū)動(dòng)力。此外，太陽(yáng)能模組和其他系統(tǒng)設(shè)備的價(jià)格對(duì)市場(chǎng)需求有著越來(lái)越強(qiáng)的影響。 （2）太陽(yáng)能市場(chǎng)將進(jìn)一步全球化。新興市場(chǎng)的范圍和所占比重都將有所擴(kuò)大，值得注意的國(guó)家包括：南非、沙烏地阿拉伯、以色列、智利、巴西、墨西哥、泰國(guó)、印尼、馬來(lái)西亞、菲律賓等等。 （3）中國(guó)太陽(yáng)能市場(chǎng)將占據(jù)舉足輕重的地位。由于中國(guó)政府采取優(yōu)惠政策擴(kuò)大內(nèi)需，預(yù)計(jì)中國(guó)市場(chǎng)將在2013年挑戰(zhàn)全球第一的位置，如何有效開(kāi)發(fā)中國(guó)市場(chǎng)將是對(duì)太陽(yáng)能企業(yè)的一大考驗(yàn)。 （4）產(chǎn)業(yè)供過(guò)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(dòng)率在運(yùn)行而不是退出市場(chǎng)，供需重新平衡的局面將有望在2013到2014年之間到來(lái)。 （5）產(chǎn)業(yè)整合將逐步深化。從全球供應(yīng)鏈角度來(lái)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(chǎng)領(lǐng)先企業(yè)的產(chǎn)量已經(jīng)有較大優(yōu)勢(shì)，電池和模組段前十名品牌的市場(chǎng)總占有率仍然不足50%，預(yù)計(jì)在未來(lái)兩年中將進(jìn)一步整合。 （6）太陽(yáng)能產(chǎn)品價(jià)格將逐漸趨于穩(wěn)定。產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)價(jià)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(guò)提高效率和降低成本有望改善毛利狀況。 1.7 中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r、趨勢(shì)及企業(yè)責(zé)任 1.7.1發(fā)展?fàn)顩r 中國(guó)太陽(yáng)能資源非常豐富，理論儲(chǔ)量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國(guó)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(shí)期。太陽(yáng)電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。經(jīng)過(guò)30多年的努力，已迎來(lái)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(guó)家項(xiàng)目及世界光伏市場(chǎng)的有力拉動(dòng)下，中國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。 2007年，中國(guó)光伏電池產(chǎn)量首次超過(guò)德國(guó)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(wàn)千瓦。中國(guó)光伏電池產(chǎn)量年增長(zhǎng)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(zhǎng)到2008年的近15%。商業(yè)化晶體硅太陽(yáng)能電池的效率也從13%-14%提高到16%-17%。 因美國(guó)次貸問(wèn)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(chǎng)持續(xù)低迷，石油價(jià)格大幅下滑。中國(guó)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(yáng)谷。由于設(shè)備、原料和市場(chǎng)三頭在外，它對(duì)美國(guó)、歐洲和日本等國(guó)際市場(chǎng)存在很大依存度。隨著這場(chǎng)金融危機(jī)特別是國(guó)際油價(jià)的大幅下挫，對(duì)中國(guó)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(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的巨大影響一定會(huì)在未來(lái)的某個(gè)時(shí)間得到消化。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，世界光伏市場(chǎng)的政策推動(dòng)力依然存在，光伏產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)成長(zhǎng)依然強(qiáng)勁。 目前，中國(guó)已形成了完整的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)鏈。從產(chǎn)業(yè)布局上來(lái)看，國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)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(wú)錫尚德、江西賽維、天威英利等一批知名企業(yè)。2009年中國(guó)太陽(yáng)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(yáng)能電池生產(chǎn)第一大國(guó)（如圖1-3所示）。 圖1-3 2006-2009年中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量 雖然目前中國(guó)太陽(yáng)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(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)應(yīng)用分類如圖1-4所示，在整個(gè)太陽(yáng)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(guó)外的主要廠商采用的是閉式改良西門子方法，而這在中國(guó)還是空白。中國(guó)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(gè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)，這也是在2009年初中國(guó)出現(xiàn)多晶硅產(chǎn)能過(guò)剩的主要原因。 圖1-4 2009年中國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)應(yīng)用分類（按裝機(jī)總量） 其次，目前中國(guó)國(guó)內(nèi)的太陽(yáng)能電池市場(chǎng)規(guī)模較小，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的太陽(yáng)能光伏電池的97%都出口到了海外市場(chǎng)。這種過(guò)度依賴出口的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式導(dǎo)致行業(yè)風(fēng)險(xiǎn)很大，易受國(guó)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(guó)家消減了對(duì)光電產(chǎn)品的價(jià)格補(bǔ)貼，直接導(dǎo)致了中國(guó)許多光伏企業(yè)的倒閉。 1.7.2發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)下，許多國(guó)家已把發(fā)展可再生能源作為未來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要方式，而中國(guó)也將以太陽(yáng)能為代表的可再生能源作為未來(lái)低碳經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。近年來(lái)，國(guó)家財(cái)政對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼力度逐年增強(qiáng)。2008年，中國(guó)開(kāi)始啟動(dòng)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(jí)大型荒漠并網(wǎng)光伏電站的招標(biāo)工作；同時(shí)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃與金太陽(yáng)示范工程的財(cái)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(guó)未來(lái)的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間（如圖1-5所示）。 圖1-5 2010-2012年中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量預(yù)測(cè) 雖然目前光伏發(fā)電的成本還比較高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著技術(shù)的提升，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)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(yáng)能可能將在2030年以后成為主流的能源形式之一。而針對(duì)目前中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)存在的問(wèn)題，國(guó)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(duì)目前光伏發(fā)電成本高、國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)對(duì)出口依存度過(guò)高的特點(diǎn)，中國(guó)應(yīng)該加大政策指導(dǎo)和扶持力度，以此來(lái)發(fā)展和壯大太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。經(jīng)驗(yàn)表明，中國(guó)政府的政策導(dǎo)向?qū)⒃谖磥?lái)一段時(shí)間內(nèi)決定著中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水準(zhǔn)和市場(chǎng)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(guó)政府的大力扶持和倡導(dǎo)下，中國(guó)的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)定然會(huì)有著光彩奪目絢麗的明天。 1.7.3企業(yè)責(zé)任 中國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)需要提速，中國(guó)的光伏發(fā)電企業(yè)需要崛起。自2002年開(kāi)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(chǎng)機(jī)遇。我國(guó)光伏裝備產(chǎn)業(yè)已具有一定的規(guī)模和水平，在國(guó)內(nèi)用戶中已建立起良好的信譽(yù)。通過(guò)和一流電池企業(yè)合作并融合了先進(jìn)的工藝技術(shù)，國(guó)產(chǎn)的太陽(yáng)能電池關(guān)鍵設(shè)備相繼在國(guó)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(guó)基本具備了晶體硅太陽(yáng)能電池制造設(shè)備的整線供給能力。受此拉動(dòng)，我國(guó)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(guó)產(chǎn)電池制造設(shè)備技術(shù)及市場(chǎng)的同時(shí)，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(chǎng)的積極追捧。在中國(guó)，只要培育規(guī)范的規(guī)模市場(chǎng)、加大投入、加速能力建設(shè)，國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電企業(yè)完全有條件依托國(guó)內(nèi)市場(chǎng)挺進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)。光明無(wú)限，然而前路漫漫。發(fā)展的先決條件就是政府出臺(tái)行之有效的激勵(lì)及扶持政策。德、日、美等國(guó)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(chǎng)，靠規(guī)模市場(chǎng)拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推動(dòng)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(guò)提高質(zhì)量和降低價(jià)格贏得更大市場(chǎng)的方針和策略是正確和成功的，值得中國(guó)借鑒。 1.8 中國(guó)光伏發(fā)電的未來(lái)和陽(yáng)光計(jì)劃 光伏發(fā)電成為未來(lái)電力的重要構(gòu)成要經(jīng)歷多長(zhǎng)時(shí)間？政府和公眾的認(rèn)可度如何？諸多問(wèn)題困擾著中國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)。相對(duì)歐美等國(guó)家，中國(guó)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(guó)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(shí)全球還有約20億人得不到正常的能源供應(yīng)。而太陽(yáng)能每秒鐘到達(dá)地球的能量高達(dá)80萬(wàn)千瓦，如果把地球表面0.1%的太陽(yáng)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(shí)，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(huì)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(huì)在市場(chǎng)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(yáng)輻射能可以高效地使用。安裝在陽(yáng)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(shí)。 太陽(yáng)能是一條上下求索尋求突破之路。太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出新技術(shù)。但過(guò)高的電價(jià)仍是困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問(wèn)題。太陽(yáng)能電池上網(wǎng)電價(jià)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(jià)變換將呈上升曲線，而薄膜太陽(yáng)能電池上網(wǎng)電價(jià)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(chǎng)前景也是不容忽視的問(wèn)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(zhǎng)期來(lái)看，積極拓展產(chǎn)業(yè)鏈上游業(yè)務(wù)是中國(guó)光伏發(fā)電企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，而中國(guó)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(guò)提高技術(shù)水平不斷降低光伏發(fā)電的成本；另外，國(guó)家應(yīng)盡快出臺(tái)合理的并網(wǎng)發(fā)電政策，盡快解決結(jié)算方法的問(wèn)題，并對(duì)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(shí)，公眾也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，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(wèn)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(guó)“陽(yáng)光計(jì)劃”的實(shí)現(xiàn)不會(huì)是夢(mèng)。 2 便攜式自適應(yīng)太陽(yáng)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(dòng)太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)為載體，完成便攜式移動(dòng)太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)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(dòng)太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)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(guò)程； 2）復(fù)習(xí)回學(xué)過(guò)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(shí)，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(dòng)太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)工作原理后，對(duì)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(duì)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(dòng)太陽(yáng)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(guò)程及運(yùn)動(dòng)仿真視頻動(dòng)畫的制作。 2.2 市場(chǎng)調(diào)研 目前市場(chǎng)上現(xiàn)有的太陽(yáng)能便攜式產(chǎn)品主要有：太陽(yáng)能發(fā)電手提箱、手機(jī)用太陽(yáng)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(lái)看，市面上出現(xiàn)的產(chǎn)品中普遍存在以下問(wèn)題： 1）沒(méi)有太陽(yáng)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(jiǎn)單，技術(shù)含量不高。 下面具體舉例說(shuō)明。 ①如圖2-1所示： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可移動(dòng)； 缺點(diǎn)：太陽(yáng)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(jiǎn)單，方便搬運(yùn)； 缺點(diǎn)：太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率不高、使用兩塊太陽(yáng)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(yáng)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(jiǎn)單，可移動(dòng)； 缺點(diǎn)：太陽(yáng)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(jiǎn)單； 缺點(diǎn)：太陽(yáng)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(jiǎn)單，可移動(dòng)； 缺點(diǎn)：太陽(yáng)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(yáng)光投射原理，在太陽(yáng)能板平面上固定一標(biāo)桿，將八個(gè)光敏電阻以圓圈狀圍繞于標(biāo)桿外，當(dāng)太陽(yáng)光照射到標(biāo)桿上時(shí)，若太陽(yáng)能板平面偏離太陽(yáng)位置，則其陰影會(huì)投射于相應(yīng)的光敏器件中，利用單片機(jī)檢測(cè)各光敏電阻的電壓，便可得出太陽(yáng)實(shí)際方向，進(jìn)而控制電機(jī)帶動(dòng)太陽(yáng)能板實(shí)現(xiàn)二維運(yùn)動(dòng)，使其精確對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，保證電池板板面始終與光線垂直，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的最大化收集。便攜式自適應(yīng)太陽(yáng)能光伏發(fā)系統(tǒng)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能以后存儲(chǔ)在蓄電池里面，是具有可移動(dòng)性質(zhì)的新型電源。蓄電池為任何形式的蓄電裝置，由太陽(yáng)能光電池，蓄電池，調(diào)壓元件三個(gè)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(yáng)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(yáng)能板升降采用導(dǎo)軌滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，尋光機(jī)構(gòu)采用齒輪傳動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)平臺(tái)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(yáng)能板升降與尋光采用連桿滑動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：升降不平穩(wěn)，不利于安裝太陽(yáng)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(yáng)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(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，連桿連接成的三角形的底邊長(zhǎng)度發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板的升降運(yùn)動(dòng)。太陽(yáng)能板尋光采用齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)豎直軸向和水平軸向的傳動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板自動(dòng)尋光的旋轉(zhuǎn)要求。反光板的打開(kāi)及閉合采用手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。感光元器件及電子系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)太陽(yáng)光方向來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能電池板的朝向，大大提高了太陽(yáng)能的利用率。 優(yōu)點(diǎn)：太陽(yáng)能升降順暢，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)平穩(wěn)；太陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(yáng)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(kāi)，底盤上設(shè)計(jì)有供安裝轉(zhuǎn)軸與電動(dòng)機(jī)的凹槽，如圖3-1、圖3-2所示，具體尺寸見(jiàn)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(duì)稱設(shè)計(jì)，兩邊分別用一個(gè)電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)直齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿上的兩個(gè)滑動(dòng)鍵會(huì)相應(yīng)的對(duì)稱滑動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，兩滑動(dòng)鍵靠近運(yùn)動(dòng)，連桿撐起升降盤上升運(yùn)動(dòng)；當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，兩滑動(dòng)鍵遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)，連桿拉下升降盤下降運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min，直齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)比為5，絲桿每轉(zhuǎn)一圈，滑動(dòng)鍵移動(dòng)1mm，滑動(dòng)鍵在絲桿上最大移動(dòng)距離為60mm，即滑動(dòng)鍵移動(dòng)到最大距離用時(shí)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(jiàn)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(dòng)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(yáng)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(yáng)能板自動(dòng)尋光的旋轉(zhuǎn)要求。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)錐齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)豎直軸向旋轉(zhuǎn)，錐齒輪傳動(dòng)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(dòng)機(jī)安裝在中心轉(zhuǎn)軸與中心轉(zhuǎn)軸蓋中，其帶動(dòng)直齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平軸向旋轉(zhuǎn)，直齒輪傳動(dòng)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(yáng)能板及反光鏡的設(shè)計(jì) 太陽(yáng)能板用于安裝太陽(yáng)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(yáng)能板的兩邊安裝反光板，以增加間接太陽(yáng)光的照射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率，反光板與太陽(yáng)能板的角度為45度，其為手動(dòng)打開(kāi)與閉合。反光板與太陽(yáng)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(kāi)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(yáng)能板與反光板的材料都選鋁合金：1060合金。 圖3-7 太陽(yáng)能板（一） 圖3-8 太陽(yáng)能板（二） 圖3-9 反光鏡閉合狀態(tài) 圖3-10 反光鏡打開(kāi)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(gè)輪子如圖3-13所示，兩個(gè)手把如圖3-14所示，移動(dòng)箱體有拖動(dòng)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(zhǎng)×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(dòng)部件的設(shè)計(jì) （1） 直齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 直齒輪傳動(dòng)用于升降機(jī)構(gòu)和水平軸向轉(zhuǎn)動(dòng)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(kù)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(dòng)比為5。齒輪材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。傳動(dòng)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(dòng) 圖3-18 水平軸向的直齒輪傳動(dòng) （2） 錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 錐齒輪傳動(dòng)用于帶動(dòng)太陽(yáng)能板豎直軸向旋轉(zhuǎn)，其亦為標(biāo)準(zhǔn)件，由solidworks設(shè)計(jì)庫(kù)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(dòng)比為3。錐齒輪材料為45Cr，調(diào)質(zhì)處理。傳動(dòng)示意圖如圖3-19所示。 圖3-19 豎直軸向的直齒輪傳動(dòng) 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(kù)中直接調(diào)出，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1182-1996）。 4 電動(dòng)機(jī)的選擇 4.1 電動(dòng)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(dòng)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(yáng)能板上升要時(shí)間t為12s，由機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可知太陽(yáng)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(kāi)始上升時(shí)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(gè)電機(jī)帶動(dòng)，所以取P1=2.5w。 由設(shè)計(jì)可知，太陽(yáng)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(dòng)效率： ——電動(dòng)機(jī)效率，=0.70 ——對(duì)滾動(dòng)軸承的效率，=0.98 ——絲桿傳動(dòng)效率，=0.88 ——齒輪傳動(dòng)效率，=0.94 ——圓錐齒輪傳動(dòng)效率，=0.88 ——工作機(jī)效率，=0.85 從而得到傳動(dòng)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(dòng)機(jī)型號(hào)的選定速 由總功率Pw，所以選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)分別為： 1）由P1，選擇大電動(dòng)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(dòng)機(jī)和小電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)額定相電壓 ② 功率基準(zhǔn)值：PNW 為電動(dòng)機(jī)額定功率 ③ 電流基準(zhǔn)值I ：I為電動(dòng)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(shì)標(biāo)值： （1-εl）′—修改值，（1-εL）—計(jì)算值 ④起動(dòng)電流倍數(shù)： Ist′—修改值，Ist—計(jì)算值 5 齒輪傳動(dòng)計(jì)算（直齒輪，圓錐齒輪） 5.1 直齒輪傳動(dòng)計(jì)算 由設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)可知，所設(shè)計(jì)的三對(duì)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(dòng)。 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(kāi)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(jí)，齒根噴丸強(qiáng)化。 ③ 由以上電動(dòng)機(jī)的選取，可知電動(dòng)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(dòng)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(jí)精度，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8得動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(duì)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(gè)兩端支撐一個(gè)懸臂的布置方式。 1）選精度等級(jí)、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(jí)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(dòng)載系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8可知，=1.05（7級(jí)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(guò)程中無(wú)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(lái)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(dòng)增大，不會(huì)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(duì)于齒形角α=20°，=2.5，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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