太阳能镜面传动装置的优化设计及三维模型的建立

论文摘要

太阳能是一种具有开发潜能的能源,但目前太阳能的利用率不高,理论分析表明,采用跟踪技术可以提高37.7%的能量接收率。太阳能镜面传动装置是太阳跟踪过程的执行单元,目前已成为国内外学者研究的热点。本文首先对国内外现有的太阳能镜面传动装置的原理进行分析,结果表明这些装置普遍存在着跟踪精度低、制造成本高、刚度低等缺点,因此提出了一种新型的太阳能镜面传动装置,该装置基于斜平面一次包络环面蜗杆传动,可同时跟踪太阳的方位角和高度角。在深入分析了斜平面一次包络环面蜗杆传动的成形原理、啮合原理的情况下,推导出了蜗轮轴向位置调整量与斜平面一次包络环面蜗杆传动齿侧间隙量之间的关系,在蜗轮副磨损的情况下,可以对其齿侧间隙进行调整和补偿,以提高跟踪精度。通过详细分析各主要参数对斜平面一次包络环面蜗杆的几何特性和啮合性能的影响规律,得出结论：各参数对几何特性和啮合性能的影响规律各异,如果使几何特性和啮合性能都处于良好的状态,必须进行参数优化。并且使制造成本降到最低,所以将体积最小和性能最优作为目标函数,建立优化数学模型,采用多目标优化方法进行优化设计,应用MATLAB语言求解优化结果。优化实例验证了优化设计方法的可行性、正确性、优越性。在Pro/ENGINEER系统中,建立了斜平面一次包络环面蜗杆副等太阳能镜面传动装置零件的三维模型,并对太阳能镜面传动装置进行了装配设计、干涉检验,为太阳能镜面传动装置的优化提供了便捷的手段。同时,也为更进一步的结构分析提供了较好的三维模型。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外现状及发展趋势
• 1.3 新型太阳能镜面传动装置
• 1.4 本文的研究目的及主要研究内容
• 1.4.1 课题研究的主要目的
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 平面包络环面蜗杆传动的基本理论
• 2.1 成形原理分析
• 2.1.1 平面包络环面蜗杆的成形
• 2.1.2 平面一次包络环面蜗杆传动
• 2.2 啮合原理分析
• 2.2.1 坐标设置及其变换
• 2.2.2 相对速度与相对角速度
• 2.2.3 母平面方程、啮合方程及母平面上的接触线方程
• 2.3 齿侧间隙量的调整
• 2.3.1 蜗杆齿厚计算
• 2.3.2 蜗轮齿厚计算
• 2.3.3 齿侧间隙的调整
• 2.4 本章小结
• 第3章 斜平面一次包络环面蜗杆传动的参数分析
• 3.1 蜗杆传动的几何参数对几何特性的影响规律
• 3.1.1 几何参数对蜗杆齿顶变尖的影响
• 3.1.2 几何参数对蜗杆根切的影响
• 3.2 蜗杆齿面啮合性能分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 斜平面一次包络环面蜗杆传动的优化设计
• 4.1 机械优化设计方法的简介
• 4.2 优化数学模型的建立
• 4.2.1 设计变量的选择
• 4.2.2 目标函数的确定
• 4.2.3 约束条件的确定
• 4.3 MATLAB优化理论和优化流程图
• 4.4 设计实例及优化结果分析
• 4.4.1 体积分析
• 4.4.2 强度分析
• 4.4.3 几何特性和啮合性能分析
• 4.4.3.1 蜗轮齿面接触线的分布
• 4.4.3.2 蜗杆的根切
• 4.5 本章小结
• 第5章 太阳能镜面传动装置三维模型的建立
• 5.1 平面包络环面蜗杆三维模型的建立方法
• 5.2 斜齿平面蜗轮三维模型的建立方法
• 5.3 其它机械零件三维模型的建立
• 5.3.1 标准机械零件的建模
• 5.3.2 非标准机械零件的建模
• 5.4 太阳能镜面传动装置的实体建模
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢