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1、 全套图纸，加153893706题 目： 太阳能自动跟踪装置机电系统设计指导老师： 学生姓名： 所属院系： 机械工程学院专 业： 机械工程及自动化班 级： 机完成日期： 2013年5月25号 新 疆 大 学毕业论文（设计）任务书班 级： 姓 名： 论文（设计）题目： 太阳能自动跟踪装置机电系统设计 专 题： 论文（设计）来源： 应用研究 要求完成的内容：文献检索及调研工作，文献检索不低于15篇太阳能自动跟踪装置总体结构设计主要传动部件的设计计算电气控制部分设计绘制伺服系统装配图及部分零部件图绘制电气控制原理图及完成设计说明书一份 发题日期：2012年12月30日完成日期：2013 年5月25日
2、实习实训单位： 地点： 论文页数： 44 图纸张数： 3 指导教师： 教研室主任： 院长（系主任）： 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业报告(学位论文)，是本人在祁文军老师的指导下，独立进行设计和研究工作所取得的成果。没有抄袭，剽窃他人成果，如造成的知识产权纠纷由本人负责。签字： 日期： 摘 要针对现有太阳能发电装置发电效率比较低的缺陷，同时为了提高太阳能的利用率，为了提高太阳能电池板的发电效率，本文设计了一种通过单片机为控制核心的太阳能自动跟踪装置。本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计，分析了传感器的工作作用，设计了系统的信号处理及控制电路，设计了太阳能双轴跟踪系统。该
3、装置能使太阳能电池板在晴天的时候始终保持与太阳光垂直，接受最多的阳光照射；在阴天、夜晚或者太阳光辐射较差的时候倾斜摆放，太阳能电池板的封装用。这样能使得太阳能电池板最大效率的发电。关键词：太阳跟踪；信号反馈；自动控制；机械传动ABSTRACTSolar installations for existing low defect generation efficiency, in order to improve the utilization of solar energy, solar panels in order to improve power generation efficienc
4、y, the design of a microcontroller to control the core through the automatic solar tracking device. This solar tracking system for mechanical design and auto-tracking system control part of the design, the work function of the sensor, the system is designed for signal processing and control circuit,
5、 the design of the solar-axis tracking system. The device allows solar panels on a sunny day when the sun always maintain vertical, accepts up to sunlight; on cloudy days, night or when solar radiation is poor tilt display, solar panel encapsulation. This can make the maximum efficiency of solar pan
6、els generate electricity.Keyword：Solar tracking; signal feedback; automatic control; mechanical transmission目 录第1章 太阳能自动跟踪装置发展与现状11.1太阳能能源利用背景11.2太阳太阳能跟踪系统的国内外研究现状11.2.1单轴跟踪装置11.2.2双轴跟踪装置21.3太阳能自动跟踪装置的发展趋势31.4论文的研究内容3第2章太阳能自动跟踪装置的机械设计42.1资料搜集42.1.1太阳运行的规律42.1.2太阳能自动跟踪装置性能分析42.2太阳能自动跟踪装置总体结构设计52.2.1跟
7、踪器机械执行部分比较选择52.2.2跟踪装置模型建立72.3跟踪方案的比较和选择92.3.1跟踪方案的比较92.3.2本设计选择的跟踪方案102.4机械部分设计112.4.1传动机构选择112.4.2第一齿轮计算122.4.3第二齿轮计算162.4.4轴瓦校核计算202.4.5小轴与齿轮的键联接262.4.6竖直电机输出轴与小齿轮1的联接26第3章 太阳能自动跟踪装置的结构设计273.1太阳能自动跟踪装置的硬件组成273.1.1传感器的选择273.1.2电路元件选定293.2电机的选择363.2.1步进电动机介绍363.2.2步进电机的主要特性373.2.3步进电机的选择383.3控制电路设计
8、393.4系统流程图40总 结41致 谢42参考文献：43前 言世界能源日趋枯竭，能源开发和可再生能源的利用前景广阔，太阳能作为一种清洁无污染的新型能源，全方位、高效率地利用太阳能是相关人士追求的目标。太阳跟踪技术是高效利用太阳能的基础和前提，太阳跟踪装置是提高太阳能装备收益的支撑要件，为此，相关人士已经做了许多有益的探讨。我国的太阳能资源相当丰富，从其分布来看，西部地区的太阳能年辐射总量均在以上,西藏地区更是达到了,开发太阳能对于西部的发展有着重要的现实意义。然而利用太阳能的关键是提高太阳能电池的转换效率，目前一般情况下仍是采用太阳能电池板固定朝南安装的方式对太阳能进行采集，也有利用太阳的运
9、动规律采用定时的方法对太阳进行跟踪，但这些方法均没有充分利用太阳能资源,转换效率较低,成本高。本次设计的太阳能自动跟踪装置,能使太阳能电池板始终保持与太阳光垂直,保持最大的转换效率,具有跟踪精度高、少维护等优点,具有很好的实用价值。本次设计采用单片机作为核心控制元件，传感器作为信号输入，机械传动部分利用双轴控制太阳能电池板的方向和角度。设计中在保证装置的可行性条件下，尽可能的让装置美观，放水，通风，保温隔热及成本。第1章 太阳能自动跟踪装置发展与现状1.1太阳能能源利用背景随着煤炭、石油等不可再生的矿物质能源的日益枯竭以及因其使用带来的巨大的环境压力越来越严峻，大力开拓新能源与可再生能源如核能
10、、风能、太阳能等的实际应用成为人类解决能源紧张和保护生态环境的重要战略选择。太阳能作为新能源的重要组成部分，因其具有取之不尽、用之不竭、无污染等特点，在开发利用中蕴藏着巨大的市场前景，越来越受到人们的青睐。其中，利用“光生伏打效应”将光能直接转换为电能即太阳能光伏发电是最为重要的种转化过程。目前在太阳能发电方面人们所而临的主要问题是利用率不高和成本较高，而通过提高利用率可相应减少发电成本，因此，如何最大限度地提高利用率成为国内外研究的热点。目前解决这问题主要从两方面入手，一是提高电池的能量转换率，二是提高太阳能的接收效率，前者属于能量转换领域，还有待研究，而后者利用太阳跟踪技术则可较好地解决。
11、理论分析表明:太阳的跟踪与非跟踪，能量接收率相差37.7% 可见，精确的跟踪可使太阳能的接收率大大提高，进而提高了太阳能的利用率。1.2太阳太阳能跟踪系统的国内外研究现状 1.2.1单轴跟踪装置美国Blaekaee，在1997年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的热接收率提高了15%。 1998年美国加州成功研究了ATM两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的涅耳透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使热接收率进步提高。JoeLH.Goodmars 研制了活动太阳能方位跟踪装置，该装置通过大直径回转台使太阳能接收器可从东到西跟踪太阳，
12、这个方位跟踪器具有大直径的轨迹，通风窗体是自昼光照鼓膜结构窗体，窗体上而是圆顶结构，成排的太阳能收集器可以从东到西跟踪太阳，以提高夏天季节里能量的获取率。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重.量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。1994年在德国北部，太阳能厨房投入使用，该厨房也采用了单轴太阳能跟踪装置。捷克科学院物理研究所则以形状记忆介金调节器为基础，通过日照温度的变化实现了单轴被动式太阳跟踪。单轴太阳能跟踪装置结构简单，制作费用低，太阳能接收效率比固定式装置有较大提高。由于单轴跟踪装置一般只能实现东西方向的太阳跟踪
13、，而不能对太阳的南北方向的倾角变化进行自动跟踪，因此太阳能接收率相对来说仍较低。1.2.2双轴跟踪装置近年来，随着控制技术的小断发展与控制成本的不断降低，实现对太阳方位角和高度角的精确跟踪的二轴跟踪技术己成为研究与运用的热点。Neville分别对二轴跟踪装置、单轴跟踪装置和固定式装置的太阳能接收效率进行了理论分析，研究发现，二轴跟踪装置的接收效率分别比单轴跟踪装置和固定装置提高5%10%和50%。近年来国内不少专家学者也相继开展了这方面的研究。1992年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994年太阳能杂志介绍的单轴液压自动跟踪器完成了单向跟踪，国家气象局计量站在1990年研制了FST型全自动太阳跟踪
14、器，成功地应用于太阳辐射观测。由中国科学院电工研究所、北京科诺伟业科技有限公司联介研制的大型高压并网光伏逆变器以及单、双轴跟踪并网光伏发电系统在西藏羊八井可再生能源示范基地正式并网运行，该单、双轴跟踪并网光伏发电系统则是口前我国容量最大、技术最先进的跟踪系统，采用目前国际上主流技术，具有外形美观、噪音低、跟踪精度高、耗电量小、耐侯性好的特点，平均发电量提高20%以上。中国专利CN201039038公开了一处用于光伏发电的自适应对日跟踪装置，无需控制和驱动电机用的电子元器件，结构简单、使用寿命长、可靠性高、成本低、耐气候性好。文献中介绍了一种以太阳能为自给动力的自力式跟踪装置，其伺服系统采用光、
15、热、气压、液压、机械能之间的能量转换与传递，以实现信号反馈与驱动工作平台对太阳的跟踪。1.3太阳能自动跟踪装置的发展趋势未来的太阳跟踪装置应采用全自动跟踪。一是机构设计方面，机构设计将朝着高刚度，大范围跟踪方向发展，使电池板的太阳光率最大，从而降低发电的成本。二是系统控制方面，控制将综合采用光、机、电体化技术，实现对太阳光的全自动跟踪，控制限位装置有东、西、上、下四个极限限位功能，跟踪精度高、角度范围大，有自动返回功能。大型的太阳能光伏发电装置可引入计算机测控系统实现对充电电压、充电电流、跟踪光强、风速、电瓶温度等模拟量进行采集、处理、显示和打印，实现防风，报警控制，蓄电池的充电、放电和分级控
16、制等功能，对设备统监控管理。1.4论文的研究内容本文所介绍的太阳跟踪装置采用了光电追踪方式，可实现大范围、高精度跟踪。论文的主要工作包括:(l)分析太阳运行规律，比较国内外主要的几种跟踪方案，提出合理的跟踪策略。(2) 机械部分也是实现追踪目的的关键，主要是机械设计和计算，装配图及其零件图。(3)分析传感器工作原理，分析该传感器大范围、高精度跟踪的可行性，还要设计光电转换电路。(4)选取控制芯片，分析系统的硬件需求，设计控制系统。(5)设计控制方案，步进电动机以及驱动电路。第2章太阳能自动跟踪装置的机械设计2.1资料搜集2.1.1太阳运行的规律由于地球的自转和地球绕太阳的公转导致了太阳位置相对
17、于地面静止物体的运动。这种变化是周期性和可以预测的。地球极轴和黄道天球极轴存在的一个27度的夹角，引起了太阳赤纬角在一年中的变化。冬至时这个角为23度27分，然后逐渐增大，到春分时变为0并继续增大，夏至时赤纬角最大为23度27分，并开始减小；到秋分时赤纬角又变为0，并继续减小，直到冬至，另一个变化周期开始。2.1.2太阳能自动跟踪装置性能分析太阳光线智能控制跟踪装置需要满足以下要求:(1)方位角跟踪范围：；高度角跟踪范围：。同时要避免极限置锁死，不跟踪时装置具有锁紧功能；(2)为防止跟踪角加速度过大,引起附加载荷过大,取平均跟踪角速度为；(3)跟踪精度为；(4)跟踪能耗不能超过1 W；(5)装
18、置的刚度和强度能满足该装置最大抗风150 km/h的要求,可实现9级风自动放平功能；(6)在满足以上性能的同时,尽量简化结构和加工工艺,进一步提高技术经济性,降低成本。2.2太阳能自动跟踪装置总体结构设计2.2.1跟踪器机械执行部分比较选择根据分析以前的跟踪器机械执行部分的问题，以及成本等各个方面考虑，有以下几种跟踪器。（1） 立柱转动式跟踪器图2.1立柱转动式跟踪器跟踪器的结构：大齿轮固定在底座上，主轴及其支撑轴承安装在底座上面(主轴相对于底座可以转动)，小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮连接马达1的输出轴。马达1固定在转动架上，转动架以及支架固定安装在主轴上，接收器、马达2安装在支架上面(接收器相
19、对于支架可以转动)，马达2的输出轴连接在接收器上。跟踪器实现自动跟踪的原理：当太阳光线发生偏移的时候，控制部分发出控制信号驱动马达1带动小齿轮转动，由于大齿轮固定。使得小齿轮自转的同时围绕大齿轮转动，因此带动转动架以及固定在转动架上的主轴、支架以及接收器转动；同时控制信号驱动马达2带动接收器相对与支架转动，通过马达1、马达2的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。系统特点：该跟踪机构结构简单，造价低。对于方位角的跟踪，利用齿轮副传动，能在使用功率较小的马达的同时传递足够大的动力，使用功率较小的马达降低了其能源成本和制造成本。整个跟踪器的结构紧凑，刚度较高。传动装置设置在转动架下。受到了较好的
20、保护，提高了传动装置的寿命。（2） 陀螺仪式跟踪器图2.2陀螺仪式跟踪器跟踪器的结构：传动箱1固定安装在支架上，马达1安装在传动箱1上，传动箱1的内部是由蜗杆、蜗轮组成的运动副，马达1的输出轴连接蜗杆，环形支架安装在支架上面(环形支架相对于支架可以转动)，传动箱1的输出轴连接环形支架，传动箱2固定安装在环形支架上，马达2安装在传动箱2上，传动箱2内也是由蜗杆、蜗轮组成的运动副。马达2的输出轴连接蜗杆，接收器安装在环形支架上面(接收器相对于环形支架可以转动)，传动箱2的输出轴连接接收器。该跟踪器可以选择不同朝向安装，当按照上图的朝向进行安装时，跟踪器跟踪的实现原理如下：当太阳光线发生偏移时，控制
21、部分发出信号驱动马达2带动传动箱2中的蜗杆、蜗轮转动，再输出带动接收器相对于环形支架转动，跟踪太阳由东向西的运动；同时控制部分也发出信号驱动由马达1带动传动箱1中的蜗杆、蜗轮转动，再输出带动环形支架和接收器转动，跟踪太阳南北方向的运动，由此来实现对太阳的两个方向的跟踪。系统优点：该跟踪机构结构简单。对于两个方向的跟踪，都利用蜗杆、蜗轮副传动，在紧凑的结构下得到很大的传动比，能使用功率很小的马达同时传递足够的动力，使用功率小的马达降低了其能源成本和制造成本；蜗杆、蜗轮副的自锁性能好，能防风防雨。结构紧凑，运动空间大。传动装置设置在传动箱内，受到了较好的保护，提高了装置的寿命。(3) 齿圈转动式跟
22、踪器机构结构：马达1固定在支架上，马达1的输出轴连接小齿轮1，小齿轮1与齿圈1啮合。齿圈1连接着主轴上，主轴安装在支架上(主轴相对于支架可以转动)，马达2安装在主轴前端的一块板上，马达2的输出轴连接小齿轮2，小齿轮2与齿圈2啮合，齿圈2连接着转动架，转动架安装在主轴上(转动架相对于主轴可以转动)。机构实现自动跟踪的原理：当太阳光线发生偏离时。控制部分发出控制信号驱动马达1带动小齿轮1转动，小齿轮带动齿圈1和主轴转动；同时控制信号驱动马达2带动小齿轮2。小齿轮2带动齿圈2和转动架转动，通过马达1、马达2的共同工作实现对太阳方位角和高度角的跟踪。系统特点：该跟踪机构结构简单，造价低。两个方向的跟踪
23、都利用齿轮副传递动力，能在使用功率较小的马达的同时传递足够大的动力，使用功率较小的马达降低了其能源成本和制造成本；由于使用半个齿圈，能在紧凑的结构下得到较大的传动比。结构紧凑，运动空间大。图2.3齿圈转动跟踪器2.2.2跟踪装置模型建立根据以上分析构建太阳能自动跟踪装置整体结构，结构的支架不但要支撑整体结构的重量，还要保证整体结构能在地面运动。因此在设计过程中，要找到承重的部件，而且还不能影响箱体的灵活性。图2.2是太阳能自动跟踪装置的结构示意图。调整机构由步进电机和传动装置组成,可以使电池板在水平方向上垂直方向上的之间自由旋转。图2.4是太阳能自动跟踪装置三维模型。装置的总体重量由装置中心的
24、转动轴承载。图2.4太阳能自动跟踪装置模型方位角调整机构：方位角调整机构由方位角调整步进电机、传动齿轮、支承圆筒、水平方向的转动轴和固定圆筒组成。当单片机发出的东西方向的跟踪控制信号驱动方位角调整步进电机时，方位角调整步进电机带动传动齿轮转动，同时水平方向的转动轴和支承圆筒做相应的转动，支承圆筒带动太阳能电池板在东西方向跟踪太阳。其中，水平方向的转动轴的一端与支承圆筒固定连接,支承圆筒底部安装有轮子，其另一端通过轴承与固定圆筒连接，这种结构减小了与转动轴连接的轴承所承受的力，减小了摩擦力，提高了其寿命。高度角调整机构：高度角调整机构由高度角调整步进电机、垂直方向的转动轴、小齿轮、半圆齿圈、三角
25、架、电池板安装架、立柱组成，其中三角架、电池板安装架和立柱组成太阳能电池板的支架，三脚架固定在支撑圆筒上，半圆齿圈与电池板安装架固定连接，电池板安装架通过转轴和轴承与立柱相连。当单片机发出的南北方向的跟踪控制信号驱动高度角调整步进电机时，高度角调整步进电机带动小齿轮和半圆齿圈做相应的转动，半圆齿圈带动电池板安装架转动，从而带动太阳能电池板在南北方向跟踪太阳。2.3跟踪方案的比较和选择2.3.1跟踪方案的比较目前国内外采用的跟踪太阳的方法有很多，但不外乎三种方式: (1)视日运动轨迹跟踪；(2)光电跟踪；(3)视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合。下面就这三种跟踪方案做一个简要的介绍和比较。（1）视
26、日运动轨迹跟踪太阳跟踪装置采用地平坐标系较为直观方便，操作性强，但也存在轨迹坐标计算没有具体公式可用的问题。而在赤道坐标系中赤纬角和时角在日地相对运动中任何时刻的具体值却严格已知，同时赤道坐标系和地平坐标系都与地球运动密切相关，于是通过天文三角形之间的关系式可以得到太阳和观测者位置之间的关系。根据太阳轨迹算法的分析，太阳轨迹位置由观测点的地理位置和标准时间来确定。在应用中，全球定位系统(GPS)可为系统提供精度很高的地理经纬度和当地时间，控制系统则根据提供的地理、时间参数来确定即时的太阳位置，以保证系统的准确定位和跟踪的高准确性和高可靠性。在设定跟踪地点和基准零点后，控制系统会按照太阳的地平坐
27、标公式自动运算太阳的高度角和方位角。然后控制系统根据太阳轨迹每分钟的角度变化发送驱动信号，实现跟踪装置两维转动的角度和方向变化。在日落后，跟踪装置停止跟踪，按照原有跟踪路线返回到基准零点。参考目前世界通用的算法，涉及到赤纬角和时角的大致有二种算法:算法l，采用中国国家气象局气象辐射观测方法；算法2，采用世界气象组织气象和观测方法。由此可以看出，该种跟踪方案不论采取何种算法，算法过程都十分复杂，计算量的增大会增加控制系统的成本。而且这种跟踪装置为开环系统，无角度反馈值做比较，因而为了达到高精度跟踪的要求，不仅对机械结构的加工水平有较严格的要求，而且与仪器的安装是否正确关系极为密切。工程生产中必须
28、要求机械结构加工精度足够高。初始化安装时，仪器的中心南北线与观测点的地理南北线要求重合。同时，还要通过仪器底部的水平准直仪将底面调节到与地面保持水平，使仪器的高度角零点处于地面水平面内。（2） 光电跟踪传统的光电跟踪是采用一级传感器跟踪方式，这种跟踪系统，原则上由三大部件组成:位置检测器、控制组件、跟踪头。其跟踪系统框图如图2-5所示。位置检测器主要由性能经过挑选的光敏传感器组成，如四象限光电池、光敏电阻等。控制组件主要接受从位置检测器来的微弱信号，经放大后送到跟踪头，跟踪头实为跟踪装置的执行元件。图2-5跟踪系统框图2.3.2本设计选择的跟踪方案本设计的光敏器件选为光敏电阻。利用光敏电阻在光
29、照时阻值发生变化的原理，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处的下方。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减少，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同，称为光敏电阻光强比较法。2.4机械部分设计2.4.1传动机构选择传动机构通常有蜗轮蜗杆传动机构、普通齿轮传动机构、行星齿轮传动机构和谐波减速机构等。行星齿轮传动具有重量轻、体积小、传动效率高、传动比大、传动功率范围大等优点，但其价格比较贵,成本上不合算。谐波传动具有结构简单、重量轻、体积
30、小、传动比范围大、承载能力高、损耗小、效率高、运动平稳无冲击等优点，但不能自锁。蜗轮蜗杆传动具有传动比大、降速快、能自锁的优点，但设计复杂，成本高。齿轮传动具有传动比准确、传递扭矩大的优点。所以本装置选择普通齿轮一级传动方案，如图2.6。竖直电机固定在圆筒上，电机的输出轴连接传动齿轮1，齿轮1和齿轮2相啮合。齿轮2跟竖直主轴连接，圆筒以竖直主轴为圆心旋转。水平电机安装在圆筒端盖上，竖直电机通过联轴器连接水平轴，水平轴通过键连接齿轮3，齿轮3和半圆齿圈相啮合，半圆齿圈和太阳板支架连接。图2.6传动装置示意图该跟踪装置设有两根轴，具有两个转动自由度，竖直轴(垂直于地平面的传动轴)可实现方位角跟踪，
31、水平轴(平行于地平面的传动轴)可实现高度角跟踪。该装置采用42步进电机驱动的智能控制，不需手动调整，而且能够根据太阳的运动轨迹发出跟踪信号对跟踪装置进行自动控制。通过双轴跟踪，使太阳能电池板保持与太阳光线垂直，最大效率地使用太阳能。2.4.2第一齿轮计算（1） 材料选择齿圈及齿轮的材料选用渗碳钢，热处理为渗碳淬火。（2） 尺寸计算初选模数m=4mm,中心距a=260，转动比i=4。一般齿轮齿数Z1=25，分度圆螺旋角=8到15度 。初选齿轮齿数Z1=25，分度圆螺旋角=10度，则齿轮齿数Z2=iZ1=425=100。分度圆直径： 小齿轮直径 ， 取d1=100mm。大齿轮直径 ，取d2=405
32、mm。 式（3.1）取齿宽系数=1.2b=1.2100=120则取大齿轮宽度b2=120,小齿轮宽度b1=125。齿顶高 式（3.2）齿根高 式（3.3）齿高 式（3.4）（3） 校核计算查文献表12.9得使用系数KA1.35。 查文献 图12.9得动载系数KV=1.1。 查文献表12-10得齿间载荷分配系数KHa 。 式（3.5）式中-圆周力； -端面重合度； -重合度系数。载荷系数K 式（3.6）查文献表12.12得弹性系数189.8。查文献图12.16得节点区域系数2.5 。查文献表12.14得接触最小安全系数为1.25。 总工作时间Th=103602=7200h。应力循环次数 式（3.
33、7）原估计应力循环次数正确。 式(3.8)接触寿命系数ZN:查文献图12.18得 =1.2 ， =1.3 。 许用接触应力 式(3.9)验算许用接触应力 式(3.10) 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（4）齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数齿间载荷分配系数 式(3.11)则齿向载荷分布系数 =1.3载荷系数K 式(3.12)齿型系数 YFa:查文献图12.21得：应力修正系数Ysa:查文献图12.22得：弯曲疲劳极限:查文献图12.23c 得 1=600MPa ,2=450MPa 。 查文献表12.14得弯曲最小安全系数SFlim1=1.6 。 应力循环次数 式(3.13)
34、 原估计应力循环次数正确。弯曲寿命系数尺寸系数:查文献图12.25 =1.0 。 许用弯曲应力： 式(3.14)验算许用弯曲应力： 式(3.15)齿根弯曲疲劳强度验算满足。2.4.3第二齿轮计算（1） 材料选择大齿轮及小齿轮的材料选用渗碳钢，热处理为渗碳淬火。（2） 尺寸计算初选模数m=3,转动比i=4。一般Z1=25，=8到15度 （为分度圆螺旋角）。初选Z1=30，=15度，则Z2=iZ1=4*30=120。分度圆直径：小齿轮 ， 取d1=125mm。大齿轮 ， 取d2=500mm。取齿宽系数=1.2b=1.2125=150则取大齿轮宽度b2=150,小齿轮宽度b1=155。齿顶高 齿根高
35、齿高（3）校核计算查文献表12.9得使用系数Ka1.35。 查文献图12.9得动载系数Kv=1.1 。 查文献表12.10得齿间载荷分配系数Ka =400 。 载荷系数 查文献表12.12得弹性系数189.8MPa。查文献图12.16得节点区域系数2.45。查文献表12.14得接触最小安全系数。 总工作时间Th=103602=7200h。查机械设计表12.15得指数m=8.78 。 原估计应力循环次数正确。接触寿命系数ZN:查文献图12.18得 =1.18 , =1.25 。 许用接触应力验算许用接触应力计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（4）齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数
36、 式(3.16)齿间载荷分配系数则齿向载荷分步系数=1.38载荷系数K 式(3.17)齿型系数YFa：查文献图12.21得YFa1 =2.5,YFa2=2.06 。 应力修正系数Ysa:查文献图12.22得Ysa1=1.63,Ysa2=1.97 。 弯曲疲劳极限:查文献图12.23c 得=600MPa,=450MPa 。 查文献表12.14得弯曲最小安全系数 。 查机械设计表12.15得指数m=49.91 。 式（3.18） 原估计应力循环次数正确。弯曲寿命系数 =0.95 , =0.97查文献图12.25得尺寸系数 =1.0。许用弯曲应力 式 (3.19)验算弯曲应力 式(3.20)齿根弯曲
37、疲劳强度满足。2.4.4轴校核计算（1） 大轴校核计算取B/d=1,轴颈直径d=100mm,则有效宽度B=100mm。试取=180度计算轴承压强 式(3.21)轴承速度 式(3.22)PV值 式(3.23)轴承材料:选ZCrSn10P1最大许用值P=15MPa，v=10m/s，PV=15m/s，最高工作温度280，最高轴颈硬度200HB，抗咬合性3，顺应性/嵌藏性5，耐蚀性1，耐疲劳性1。润滑剂和润滑方法选择，选择润滑牌号，自定机械油AN32。设平均油温t=50 度。下油的运动粘度V=20 /s下油的动力粘度 式(3.24)润滑方法选择 式(3.25)选择针阀式注油油杯润滑。承载能力计算相对间隙 式(3.26) 取轴转速 式(3.27)索氏数 式(3.28)偏心率层流校核半径间隙 式(3.29)临界雷洛数 式(3.30)轴承雷洛数 式(3.31)满足层流条件流量计算流量系数 v=0.075轴承润滑油的体积流量 式(3.32)功耗计算 摩擦特性系