畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-外出度假太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘設(shè)計(jì)

1緒論1.1課題背景有關(guān)預(yù)測(cè)顯示，如果不采取措施，50年后，大氣中二氧化碳的含量將是現(xiàn)狀的3.5倍。如果積極采取各種清潔能源替代技術(shù)，在25年內(nèi)就能看到明顯的效果，50年內(nèi)可將二氧化碳含量降到目前的水平。而太陽(yáng)能是一種清潔的再生自然資源。應(yīng)用太陽(yáng)能，既不會(huì)出現(xiàn)大氣污染，也不必?fù)?dān)心生態(tài)平衡被破壞，可持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，而且所有太陽(yáng)光所及的地方都有被利用的太陽(yáng)能。所以，在目前世界性能源短缺和對(duì)環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格的情況下，太陽(yáng)能的利用具有特別重要的意義。自上世紀(jì)60年代以來(lái)，世界各國(guó)都對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用給予高度重視。二十世紀(jì)80年代開(kāi)始，各發(fā)達(dá)國(guó)家太陽(yáng)能利用方面發(fā)展得都很快。預(yù)計(jì)到2050年，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家中，太陽(yáng)能將占能源結(jié)構(gòu)的60%以上。專(zhuān)家們預(yù)言，太陽(yáng)能在二十一世紀(jì)將成為人類(lèi)主要的能源之一[1]。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著氮化物L(fēng)ED的發(fā)明，LED的發(fā)光效率有了質(zhì)的飛躍，而組成白光的重要原色藍(lán)光，也在1992年由日本著名LED企業(yè)日亞化學(xué)的中村修二發(fā)明。這樣整個(gè)可見(jiàn)光領(lǐng)域的單色LED已經(jīng)完整，能夠滿(mǎn)足各種單色發(fā)光的應(yīng)用場(chǎng)所。作為光源，LED優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在3個(gè)方面：節(jié)能、環(huán)保和長(zhǎng)壽命。LED不依靠燈絲發(fā)熱來(lái)發(fā)光，能量轉(zhuǎn)化效率非常高，理論上可以達(dá)到白熾燈10%的能耗，相比熒光燈，LED也可以達(dá)到50%的節(jié)能效果[2]。1.2太陽(yáng)能利用介紹太陽(yáng)能的應(yīng)用途徑有光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換。光熱轉(zhuǎn)換是將太陽(yáng)輻射到地球的光能轉(zhuǎn)換為其他物質(zhì)的內(nèi)能的過(guò)程。由于光熱轉(zhuǎn)換成本低、技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，適用面廣，所以現(xiàn)在世界上許多國(guó)家都把它放在太陽(yáng)能利用的首位。太陽(yáng)光發(fā)電是通過(guò)太陽(yáng)電池直接將太陽(yáng)光的光能轉(zhuǎn)換為電能，即光伏效應(yīng)。太陽(yáng)電池就是依據(jù)光伏效應(yīng)而設(shè)計(jì)的,太陽(yáng)電池用半導(dǎo)體材料制成，一般為p—n結(jié),靠p—n結(jié)的光伏效應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，其種類(lèi)現(xiàn)已有多款類(lèi)型。按材料分類(lèi)有硅、化合物半導(dǎo)體、有機(jī)半導(dǎo)體等；按材料結(jié)晶形態(tài)有單晶、多晶和非晶態(tài)。單晶硅太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率高,通過(guò)使用增透技術(shù)和低輻射技術(shù),在正常陽(yáng)光下光電效率可達(dá)22.8%，在聚光情況下可達(dá)28.2%。單片單晶硅太陽(yáng)電池在強(qiáng)太陽(yáng)光照射時(shí)，可產(chǎn)生0.6V左右的電動(dòng)勢(shì)，5cm2的太陽(yáng)電池可獲得0.1A的電流。一般太陽(yáng)光照射時(shí)，每5cm2的太陽(yáng)電池可獲得幾十毫安的電流。單晶硅太陽(yáng)電池唯一的缺點(diǎn)是造價(jià)較高。利用大面積非晶態(tài)硅薄膜半導(dǎo)體制造的太陽(yáng)電池也很有發(fā)展前途。它制造簡(jiǎn)單、耗能低、使用材料少，是一種成本低但性能良好的太陽(yáng)能電池。太陽(yáng)能化學(xué)生物利用是一種對(duì)太陽(yáng)能的間接利用。前者如制氫，據(jù)科學(xué)家認(rèn)為，在21世紀(jì)后期氫可能成為重要能源之一，而任何一種太陽(yáng)能制氫方法的突破，都可能改變世界的能源結(jié)構(gòu)。后者如提高作物光合作用的潛力,在這方面如能取得進(jìn)展,即提高葉片的光合效率,也能提高能量轉(zhuǎn)換效率，使獲高產(chǎn)，從而成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一次新的革命[3]。1.3太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)介紹進(jìn)入20世紀(jì)90年代,隨著氮化物L(fēng)ED的發(fā)明,LED的發(fā)光效率有了質(zhì)的飛躍,而組成白光的重要原色藍(lán)光，也在1992年由日本著名LED企業(yè)日亞化學(xué)的中村修二發(fā)明。這樣整個(gè)可見(jiàn)光領(lǐng)域的單色LED已經(jīng)完整，能夠滿(mǎn)足各種單色發(fā)光的應(yīng)用場(chǎng)所。作為光源，LED優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在3個(gè)方面：節(jié)能、環(huán)保和長(zhǎng)壽命。LED不依靠燈絲發(fā)熱來(lái)發(fā)光，能量轉(zhuǎn)化效率非常高，理論上可以達(dá)到白熾燈10%的能耗，相比熒光燈，LED也可以達(dá)到50%的節(jié)能效果[4]。LED光伏系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池，控制器，鉛酸蓄電池和LED燈組成。光伏電池產(chǎn)生的是直流電，LED燈是直流驅(qū)動(dòng)，容易匹配。白天太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能同時(shí)對(duì)蓄電池充電，夜晚蓄電池供電給LED燈照明。系統(tǒng)中成本最高的是太陽(yáng)能電池,在達(dá)到同樣的效果條件下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為采用最少的太陽(yáng)能電池，即發(fā)揮太陽(yáng)能電池的最大效能[5]。太陽(yáng)能與LED光源組成的照明系統(tǒng)框圖如圖1-1所示，其優(yōu)點(diǎn)是太陽(yáng)能電池板和LED光源均為固體器件，系統(tǒng)可靠性高；使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保[4]。圖1-1太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)組成LED光伏系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池，控制器，鉛酸蓄電池和LED燈組成。光伏電池產(chǎn)生的是直流電，LED燈是直流驅(qū)動(dòng),容易匹配。白天太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能同時(shí)對(duì)蓄電池充電，夜晚蓄電池供電給LED燈照明。系統(tǒng)中成本最高的是太陽(yáng)能電池,在達(dá)到同樣的效果條件下,系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為采用最少的太陽(yáng)能電池,即發(fā)揮太陽(yáng)能電池的最大效能。1.4Pro/E軟件的介紹因本文對(duì)遮陽(yáng)傘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用Pro/E軟件，現(xiàn)把該軟件簡(jiǎn)介如下：1.4.1Pro/E的原理及特點(diǎn)1）參數(shù)化設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)思想是PTC公司的核心設(shè)計(jì)思想。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，實(shí)體模型將取代線(xiàn)框模型和曲面模型，實(shí)體模型更加真實(shí)和直觀。2)特征模型。Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的形狀、機(jī)構(gòu)、裝配以及相互關(guān)系等進(jìn)行合理的抽象即可獲得各種類(lèi)型的特征。3）全相關(guān)的單一數(shù)據(jù)庫(kù)1.4.2Pro/E軟件各主要模塊介紹Pro/E是一個(gè)大型軟件包，由多個(gè)功能模塊組成，每一個(gè)功能模塊都有自己獨(dú)立的功能。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)用其中的某一個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同的功能模塊創(chuàng)建的文件有不同的文件擴(kuò)展名。PRO/E主要有草繪模塊、零件模塊、裝配模塊、曲面模塊、工程圖模塊六大主模塊，以及Pro/MANUFACTURING(制造)、Pro/MOLDESIGN（模具設(shè)計(jì)）、Pro/CABLING（布線(xiàn)系統(tǒng)）、Pro/DEVELOP(二次開(kāi)發(fā))、Pro/MESH(網(wǎng)格生成)、Pro/MECHANICA(仿真)六個(gè)用戶(hù)選用模塊，下面我本課題需要用到的零件模塊、裝配模塊和Pro/MECHANICA(仿真)三個(gè)模塊進(jìn)行介紹。（1）零件模塊零件模塊用于創(chuàng)建和編輯三維實(shí)體模型。在大多數(shù)情況下，創(chuàng)建三維實(shí)體模型是使用Pro/E軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的主要目的，因此零件模塊也是參數(shù)化實(shí)體造型最基本和最核心的模塊。利用Pro/E軟件進(jìn)行三維實(shí)體造型的過(guò)程，實(shí)際上就是使用零件模塊依次進(jìn)行創(chuàng)建各種類(lèi)型特征的過(guò)程。這些特征之間可以相互獨(dú)立，也可以相互之間存在一定的參考關(guān)系，例如各特征之間存在的父子關(guān)系等。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，特征之間的相互關(guān)系是不可避免的，所以最好盡量減少特征之間復(fù)雜的參考關(guān)系，這樣可以方便地對(duì)某一特征進(jìn)行獨(dú)立的編輯和修改，而不會(huì)發(fā)生意想不到的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。（2）裝配模塊裝配就是將多個(gè)零件按照實(shí)際的生產(chǎn)流程組裝成一個(gè)部件或完整產(chǎn)品的過(guò)程。零件裝配模塊是一個(gè)參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶(hù)自定義方式生成一組組裝系列及可自動(dòng)的更換零件。當(dāng)然用戶(hù)也可以根據(jù)需要添加新零件或?qū)σ延辛慵M(jìn)行編輯和修改。使用Pro/E軟件的零件裝配模塊進(jìn)行產(chǎn)品的組裝將是一項(xiàng)輕松的工作。在裝配過(guò)程中，按照裝配要求，用戶(hù)不但可以臨時(shí)修改零件的尺寸參數(shù)，并且可以使用爆炸圖的方式來(lái)顯示所有已組裝零件相互之間的位置關(guān)系，非常直觀。（3）Pro/MECHANICA(仿真)利用Pro/E的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真功能不僅可以使原來(lái)在二維圖紙上難以表達(dá)和設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)變得非常直觀和易于修改，并且可以最大限度地簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量。用戶(hù)通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)添加運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)器使其運(yùn)動(dòng)起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真[6]。1.4.3Pro/E建模一般過(guò)程任何一個(gè)Pro/E三維實(shí)體模型的建立，都是首先從創(chuàng)建基礎(chǔ)實(shí)體特征開(kāi)始的，而基礎(chǔ)實(shí)體特征作為Pro/E的最重要和最基本特征，其創(chuàng)建方法非常靈活，在造型時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。基礎(chǔ)實(shí)體特征的創(chuàng)建一般在Pro/E系統(tǒng)的零件模式下進(jìn)行。Pro/E系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)創(chuàng)建特征的實(shí)際情況而顯示相應(yīng)的特征操控板，在系統(tǒng)提供的操控板中用戶(hù)可以完成特征創(chuàng)建的絕大部分操作，從而大幅度提高了用戶(hù)的設(shè)計(jì)效率。Pro/E系統(tǒng)在絕大多數(shù)三維實(shí)體建模的過(guò)程中，均是首先從而為草圖開(kāi)始，繪制出二維草繪截面幾何圖形后，通過(guò)對(duì)草圖截面的不同操作來(lái)生成三維實(shí)體。例如，將草繪截面沿法向拉伸一段距離即可生成拉伸實(shí)體特征，將草繪截面沿指定曲線(xiàn)做掃描運(yùn)動(dòng)即可生成掃描實(shí)體特征，將草圖截面沿指定的中心軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)則可以生成旋轉(zhuǎn)實(shí)體特征。因此，按照對(duì)二維草繪截面的不同操作方式，Pro/E創(chuàng)建三維實(shí)體特征的主要方法有拉伸實(shí)體特征、旋轉(zhuǎn)實(shí)體特征、掃描實(shí)體特征、混合實(shí)體特征等。Pro/E系統(tǒng)可以在零件上創(chuàng)建多種特征，包括實(shí)體特征、曲面特征以及其他種類(lèi)的具體應(yīng)用特征等。Pro/E零件建模的實(shí)質(zhì)是創(chuàng)建實(shí)體特征和一些用戶(hù)定義的特征。其中有些特征可以通過(guò)添加材料的方式創(chuàng)建，有些特征則是可以通過(guò)去除材料的方式創(chuàng)建。利用Pro/E建模首先要從整體研究將要建模的零件，分析其特征組成，明確不同特征之間的關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系，確定零件特征的創(chuàng)建順序,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建模、添加工程特征。通過(guò)二維平面草繪圖的旋轉(zhuǎn)、拉伸、掃描和混合等工具來(lái)實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體模型的構(gòu)建。Pro/E建模的一般過(guò)程如下：(1)建立或選取基準(zhǔn)特征作為模型空間定位的基準(zhǔn)：如基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸和基準(zhǔn)坐標(biāo)系等。建立每個(gè)實(shí)體特征時(shí)，都要利用基準(zhǔn)特征作為參照；(2)建立基礎(chǔ)實(shí)體特征：拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等；(3)建立工程特征：孔、倒角、肋、拔模等；(4)特征的修改：特征陣列、特征復(fù)制等編輯操作；(5)添加材質(zhì)和渲染處理。1.4.4Pro/E中裝配的基本方法在Pro/E的裝配模塊中，可以將已經(jīng)生成的零件通過(guò)相互之間的定位關(guān)系裝配在一起組成一個(gè)裝配件，并檢查零件之間是否存在干涉以及組成的裝配件是否符合設(shè)計(jì)要求。在組成裝配件的過(guò)程中，還可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要添加生成新的零件和特征。在Pro/E的裝配模塊中，進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)主要有兩種方法，即由底向上的裝配設(shè)計(jì)和由頂向下的裝配設(shè)計(jì)。(1）由底向上的裝配設(shè)計(jì)這種裝配設(shè)計(jì)首先生成底層的最基本零件，然后由這些底層的零件生成裝配件。由底向上的裝配設(shè)計(jì)是比較容易掌握的，這種裝配方法對(duì)于比較成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程特別適用。因?yàn)槌墒飚a(chǎn)品大多已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，其中的每一個(gè)零件的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本定型，生產(chǎn)工藝工程也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化管理，因此在這種情況下使用由底向上的裝配效率比較高。（2）由頂向下的裝配設(shè)計(jì)這種裝配設(shè)計(jì)首先生成裝配件的布局關(guān)系，然后根據(jù)這種布局關(guān)系生成裝配件。由頂向下的裝配設(shè)計(jì)屬于高級(jí)方法。因?yàn)樵趯?shí)際的工具設(shè)計(jì)過(guò)程中，幾乎不可能利用一個(gè)或幾個(gè)零件的設(shè)計(jì)來(lái)控制整個(gè)的裝配件的設(shè)計(jì)。大多數(shù)情況下，都是首先給出產(chǎn)品的大致外觀尺寸和功能概念后，在逐步對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)節(jié)化，知道細(xì)化到單個(gè)零件。事實(shí)上，任何產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都不可能是一成不變的，總是隨著時(shí)間的推移而不斷對(duì)產(chǎn)品功能組件進(jìn)行各式各項(xiàng)的技術(shù)改進(jìn)，每一次的組件改進(jìn)都會(huì)細(xì)化到構(gòu)成組件的單個(gè)零件設(shè)計(jì)。因而在產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)過(guò)程中，由頂向下的裝配設(shè)計(jì)是具有全局性的設(shè)計(jì)方法。但是在產(chǎn)品的實(shí)際裝配設(shè)計(jì)過(guò)程中，并不是只使用一種裝配設(shè)計(jì)方法。更多情況下是根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要綜合運(yùn)用這兩種設(shè)計(jì)方法以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。在進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)過(guò)程中，要首先明確設(shè)計(jì)方法是采用由底向上還是由頂向下。這就要求對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品必須有全局性的認(rèn)識(shí)。其次還要分清各種零件的裝配關(guān)系以及裝配過(guò)程中的操作對(duì)象間的級(jí)別關(guān)系。1.5本文主要研究?jī)?nèi)容本課題主要運(yùn)用Pro/E軟件對(duì)太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)或選型。本文研究?jī)?nèi)容如下：1.運(yùn)用Pro/E的基本模塊對(duì)太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘各個(gè)零件進(jìn)行三維實(shí)體建模；2.運(yùn)用Pro/E的裝配模塊對(duì)太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘進(jìn)行裝配；3.對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)里的電池板、控制器、蓄電池、光源進(jìn)行選型或設(shè)計(jì)。

2總體方案設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)為外出度假太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘，要求白天遮陽(yáng)蓄電，夜晚照明。并且要能方便裝入私家車(chē)后備廂。2.1整體結(jié)構(gòu)方案1、整體分成可裝拆的三段，以方便裝入私家車(chē)后備廂。上段全長(zhǎng)1220mm,中段全長(zhǎng)1000mm,下段全長(zhǎng)700mm。安裝后的全長(zhǎng)分三個(gè)等級(jí)：2370mm,2470mm,2570mm；2、考慮到柔性太陽(yáng)能電池板可能比較重，為方便撐開(kāi)，本文設(shè)計(jì)為自動(dòng)撐開(kāi)遮陽(yáng)傘。結(jié)構(gòu)類(lèi)似普通自動(dòng)雨傘，利用小支架和支架間的彈簧的彈力，推動(dòng)支架下端向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)支架上端撐開(kāi)傘骨；3、為降低自動(dòng)撐開(kāi)慣性對(duì)傘骨架的損害，在小支架撐下端設(shè)計(jì)一帶孔的薄片。通過(guò)它可拉一繩子，人可拉住繩子下端，控制自動(dòng)撐開(kāi)的速度；4、為穩(wěn)固傘，其一把蓄電池和控制器等放在底座內(nèi)，降低傘的重心；其二在四個(gè)傘骨的頂端設(shè)計(jì)一小孔，通過(guò)它拉一繩子，繩子另一端可系在一固定的物體上。2.2太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1、“傘布”選用柔性太陽(yáng)能電池板；2、因蓄電池為直流電源，為方便與其匹配，選用LED作為光源。詳見(jiàn)“光源的選擇一章”；3、為降低系統(tǒng)重心，把蓄電池和控制器等放在底座內(nèi)；4、為增大照明范圍，把LED燈裝在傘骨的頂端。并且設(shè)計(jì)最多四個(gè)LED燈，分別裝在四個(gè)螺紋傘骨上?？筛鶕?jù)實(shí)際需要和蓄電池電量剩余來(lái)決定裝幾個(gè)LED燈。

3材料的選擇3.1引言在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅需要完成機(jī)械結(jié)構(gòu)、零件的設(shè)計(jì)工作，而且還包括對(duì)構(gòu)成零件的金屬材料（以下簡(jiǎn)稱(chēng)材料）進(jìn)行選擇和應(yīng)用。由于材料的重量幾乎占到了機(jī)械設(shè)備的全部重量，因此材料成本占到機(jī)械設(shè)備制造成本的50%或更高。而且從某種角度上看，材料的性能將決定一臺(tái)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，因此材料的選擇和應(yīng)用水平?jīng)Q定了一臺(tái)機(jī)械設(shè)備的成本和質(zhì)量水平。而任何材料都不可能同時(shí)具備各個(gè)方面的優(yōu)良性能,因此,金屬材料的選擇問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是用其所長(zhǎng),避其所短。具體地說(shuō),就是通過(guò)分析零件的工作條件、失效形式、經(jīng)濟(jì)成本、制造工藝等幾方面的要求,進(jìn)而選擇出最能滿(mǎn)足要求而又切實(shí)可行的材料。正確選擇材料，合理應(yīng)用和發(fā)掘材料的潛力就成為設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵因素。因此，正確理解和研究材料的性能以及其對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師們以及關(guān)注制造成本的人們來(lái)講顯得尤為重要。最好的設(shè)計(jì)方案應(yīng)該是在滿(mǎn)足了機(jī)械使用功能的前提下將制造材料的成本（包括制造成本）控制在盡可能低的范圍以?xún)?nèi)。因此，最重要的設(shè)計(jì)原則應(yīng)該是壽命匹配原則，就是說(shuō)在機(jī)械設(shè)備的整個(gè)生命周期內(nèi)，所有零部件的使用壽命應(yīng)盡可能地保持一致[7]。像日本的汽車(chē)，假如設(shè)計(jì)壽命為10年，那么到10年的時(shí)候，汽車(chē)上的各種零件也都基本達(dá)到了報(bào)廢的程度。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠充分發(fā)揮材料的潛力，真正做到了物盡其用。當(dāng)然，要達(dá)到這種高度的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)，需要幾十年的不斷研究和積累。在日常設(shè)計(jì)工作中，在材料的設(shè)計(jì)方面通常都是以強(qiáng)度要求為依據(jù)來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)的，即以零件在工作環(huán)境中所承受的載荷為基礎(chǔ)，根據(jù)計(jì)算得出的材料強(qiáng)度進(jìn)行選材——即強(qiáng)度校核。當(dāng)然在實(shí)際工作中，并不是每一零件都需要經(jīng)過(guò)具體計(jì)算，在大多數(shù)情況下零件設(shè)計(jì)是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)或者參考相同或相類(lèi)似的設(shè)計(jì)方案，并按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行的。在設(shè)計(jì)時(shí)，為了滿(mǎn)足零件的使用需要，以提高材料的疲勞強(qiáng)度和壽命為目的，對(duì)材料的塑韌性提出了很高的要求，并且根據(jù)零件的使用工況提出諸如耐磨、耐熱、耐腐蝕、耐低溫等特殊要求。為此，材料工作者開(kāi)發(fā)研制出了各種金屬材料以及相應(yīng)的制造工藝以滿(mǎn)足這些要求。3.2問(wèn)題的提出金屬材料的選擇實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)工程,非常復(fù)雜，需要考慮的方面太多。本文就這個(gè)問(wèn)題提出幾個(gè)原則性的問(wèn)題,以供大家參考。各種機(jī)器零件在服役過(guò)程中,都要承受一定的負(fù)荷,有的還要經(jīng)受熱負(fù)荷和環(huán)境介質(zhì)的作用,在各種因素的作用下,經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間,機(jī)器零件可能會(huì)發(fā)生過(guò)量變形、表面損傷、甚至斷裂等失效現(xiàn)象。用一定材料制造的機(jī)器零件的失效實(shí)質(zhì)上就是在特定負(fù)荷和環(huán)境介質(zhì)的作用下,具有特定形狀的機(jī)件材料的失效。材料具有不同的性能指標(biāo)，可以反映對(duì)不同形式失效的抗力。通過(guò)失效分析,不僅要提出造成材料失效的原因,還要找出能正確評(píng)價(jià)材料抵抗這種失效的性能指標(biāo)判據(jù),根據(jù)對(duì)這些性能指標(biāo)的要求,我們就能針對(duì)機(jī)件的工作條件和失效特點(diǎn),選擇最適合的材料成分和組織狀態(tài),并制定相應(yīng)的工藝技術(shù)措施,制造出既安全可靠,又經(jīng)濟(jì)合理,同時(shí)又能滿(mǎn)足壽命要求的機(jī)器零件。3.3金屬材料的選擇原則1.性能使用性原則根據(jù)零件的工作環(huán)境條件、力學(xué)負(fù)荷條件,按照材料的性能指標(biāo)來(lái)選擇相應(yīng)的金屬材料。一般來(lái)說(shuō)，不同的鋼種都是為滿(mǎn)足一定的性能而設(shè)計(jì)的，其化學(xué)成分、性能指標(biāo)都有一定的標(biāo)準(zhǔn)，因此可根據(jù)材料力學(xué)所計(jì)算的性能指標(biāo)來(lái)選擇相應(yīng)的金屬材料。這也是最通常采用的方法。需要指出的是，一般情況下不可能正好找到最適合的材料,那么可以選擇較高一級(jí)的材料。2.失效性選擇原則任何機(jī)件在服役過(guò)程中,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后,產(chǎn)生了一定的破壞現(xiàn)象,使其不能繼續(xù)正常地工作,或達(dá)不到預(yù)期要求,或變得不安全可靠，喪失了或部分喪失了原有的功能,這種現(xiàn)象就是失效。分析該材料的零件如何失效，失效的主要原因，采取的對(duì)應(yīng)措施，重新選擇材料。該方法不適合新型材料零件的選擇，但是可以通過(guò)分析相關(guān)零件的失效特點(diǎn)比照進(jìn)行，之后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，選擇合適的材料，這是目前較先進(jìn)的材料選擇方法。3.加工工藝選擇原則任何金屬材料制造的零件或部件,都是通過(guò)不同的加工工藝、采用不同的加工設(shè)備以及通過(guò)不同的加工而生產(chǎn)制造出來(lái)的。那么在考慮材料價(jià)格的同時(shí),必須考慮工藝加工成本。例如有些塑料模具的材料成本只占總成本的5%，可是加工成本卻高達(dá)50%以上。特別是當(dāng)零件的體積比較小時(shí)更是如此。因此,在這種情況下,應(yīng)該充分考慮材料的工藝加工性,以降低加工成本。4.加工批量原則加工批量也影響著材料的選擇。單件、小批量和大批量生產(chǎn)是截然不同的,大批量生產(chǎn)的零件,由于適用于自動(dòng)化,此時(shí),加工工藝專(zhuān)業(yè)化,可采用成本低廉、加工性能良好的材料,單件、小批量生產(chǎn)的零件,由于沒(méi)有專(zhuān)業(yè)化加工設(shè)備,因而加工工藝問(wèn)題就比較突出,這時(shí)的選材就應(yīng)該特別注重考慮加工批量與工藝之間選擇的問(wèn)題。5.經(jīng)濟(jì)原則在選材時(shí)應(yīng)該進(jìn)行成本核算。應(yīng)該考慮材料本身成本、加工工藝成本、市場(chǎng)宣傳成本、管理成本、包裝成本、運(yùn)輸成本。通過(guò)成本核算,選定合算的材料。這個(gè)原則是決定能否采用該材料的決定性因素。6.資源原則不同的國(guó)家富有不同的金屬材料資源,因此,也就有不同的、相應(yīng)的國(guó)家政策,在我們國(guó)家,應(yīng)該盡量采用我國(guó)富產(chǎn)的合金元素材料[8]。3.4鋁合金的優(yōu)良特性鋁合金因重量輕,強(qiáng)度適中,加工容易,表面經(jīng)陽(yáng)極處理后耐蝕性佳,因此廣泛地被利用。自90年代以來(lái),鋁材在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)入了飛速發(fā)展階段。例如，臺(tái)灣出口的自行車(chē)中,鋁合金零件所占比例1980年只有4.7%，1993年為8.9%，從1995年到2001年卻從10%躍升到70%,而且依然出現(xiàn)整體成長(zhǎng)之趨勢(shì)，這當(dāng)然與臺(tái)灣自行車(chē)的轉(zhuǎn)型有關(guān)，即從多檔次產(chǎn)品轉(zhuǎn)向高檔產(chǎn)品。鋁合金有以下三大優(yōu)良特性：1.鋁合金的輕質(zhì)為最重要的特性。而鋁合金材料的密度是鐵的1/3，但鋁材的彈性模量(69~79)遠(yuǎn)低于鉻鉬鋼(200~207)，其拉伸強(qiáng)度(246以上)亦低于鉻鉬鋼(834)以上,雖然同樣厚度的鋁管其強(qiáng)度往往難以達(dá)同等鉻鉬鋼材料的性能水平，通常需通過(guò)加厚才能滿(mǎn)足要求；即使如此，基材為鋁的機(jī)器也不到鐵材的1/2。2.鋁合金良好的吸震功能。鋁材彈性模量低于鉻鉬鋼，用鋁材制成的車(chē)架能夠最大限度地吸收來(lái)自于地面的震動(dòng)。3.鋁合金表面良好的色彩表現(xiàn)效果。隨著消費(fèi)者少量多樣化的要求,對(duì)高端產(chǎn)品色彩要求越來(lái)越豐富多彩,而鋁合金表面良好的著色性極大地滿(mǎn)足了消費(fèi)者對(duì)色彩的需求。3.5鋁合金系列及其用途一系：1000系列鋁合金代表1050、1060、1100系列。在所有系列中1000系列屬于含鋁量最多的一個(gè)系列。純度可以達(dá)到99.00%以上。由于不含有其他技術(shù)元素，所以生產(chǎn)過(guò)程比較單一，價(jià)格相對(duì)比較便宜，是目前常規(guī)工業(yè)中最常用的一個(gè)系列。目前市場(chǎng)上流通的大部分為1050以及1060系列。1000系列鋁板根據(jù)最后兩位阿拉伯?dāng)?shù)字來(lái)確定這個(gè)系列的最低含鋁量，比如1050系列最后兩位阿拉伯?dāng)?shù)字為50，根據(jù)國(guó)際牌號(hào)命名原則，含鋁量必須達(dá)到99.5%以上方為合格產(chǎn)品。我國(guó)的鋁合金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(ＧB/T3880-2006)中也明確規(guī)定1050含鋁量達(dá)到99.5%。同樣的道理1060系列鋁板的含鋁量必須達(dá)到99.6%以上。二系：2000系列鋁合金代表2024、2A16（LY16）、2A02（LY6）。2000系列鋁板的特點(diǎn)是硬度較高，其中以銅原屬含量最高，大概在3-5%左右。2000系列鋁棒屬于航空鋁材，目前在常規(guī)工業(yè)中不常應(yīng)用。三系：3000系列鋁合金代表3003、3A21為主。我國(guó)3000系列鋁板生產(chǎn)工藝較為優(yōu)秀。3000系列鋁棒是由錳元素為主要成分。含量在1.0-1.5之間，是一款防銹功能較好的系列。四系：4000系列鋁棒代表為4A01、4000系列的鋁板屬于含硅量較高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之間。屬建筑用材料,機(jī)械零件,鍛造用材,焊接材料;低熔點(diǎn),耐蝕性好，產(chǎn)品描述：具有耐熱、耐磨的特性。五系：5000系列鋁合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列鋁棒屬于較常用的合金鋁板系列，主要元素為鎂，含鎂量在3-5%之間。又可以稱(chēng)為鋁鎂合金。主要特點(diǎn)為密度低，抗拉強(qiáng)度高，延伸率高。在相同面積下鋁鎂合金的重量低于其他系列，在常規(guī)工業(yè)中應(yīng)用也較為廣泛。在我國(guó)5000系列鋁板屬于較為成熟的鋁板系列之一。六系：6000系列鋁合金代表6061主要含有鎂和硅兩種元素，故集中了4000系列和5000系列的優(yōu)點(diǎn)6061是一種冷處理鋁鍛造產(chǎn)品，適用于對(duì)抗腐蝕性、氧化性要求高的應(yīng)用。可使用性好，容易涂層，加工性好。七系：7000系列鋁合金代表7075主要含有鋅元素。也屬于航空系列，是鋁鎂鋅銅合金，是可熱處理合金，屬于超硬鋁合金，有良好的耐磨性。目前基本依靠進(jìn)口，我國(guó)的生產(chǎn)工藝還有待提高。八系：8000系列鋁合金較為常用的為8011屬于其他系列，大部分應(yīng)用為鋁箔，生產(chǎn)鋁棒方面不太常用。九系：9000系列鋁合金是備用合金[9]。3.62024鋁合金根據(jù)以上原則，考慮到遮陽(yáng)傘的整體質(zhì)量應(yīng)該要小，且野外出游，可能風(fēng)力對(duì)傘骨架的受力影響，再加上傘經(jīng)常撐開(kāi)合起，要有一定的耐磨性能。因此選用2024鋁合金。2024，國(guó)內(nèi)通常叫做2A12，相當(dāng)于LY12，通用的板材標(biāo)準(zhǔn)為AMS-QQ-A-250/4（非包鋁）；AMS-QQ-A-250/5（包鋁），2024的合金元素為銅，被稱(chēng)為硬鋁，具有很高的強(qiáng)度和良好的切削加工性能，但耐腐蝕性較差。廣泛應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、鉚釘、導(dǎo)彈構(gòu)件、卡車(chē)輪轂、螺旋槳元件及其他各種結(jié)構(gòu)件，為Al-Cu-Mg系。3.6.1化學(xué)成分硅0.5%鐵0.5%銅3.8-4.9錳0.0-0.9鎂1.2-1.8鉻0.10鋅0.25鈦0.15（5）其它(3)0.15鋁(4)其余備注：(1)組合之元素性質(zhì)以最高百分率表示，除非列出的是一個(gè)范圍或是最低值；(2)為了定出合適的數(shù)值限制，分析得來(lái)的觀察或計(jì)算數(shù)值都是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則(ANSIZ25.1)以表示明確的范圍；(3)除了非合金外，合金內(nèi)的元素所規(guī)定的份量通常在分析報(bào)告中指示出來(lái)。但如果在分析過(guò)程中懷疑有其它元素存在或有部份元素被懷疑有過(guò)量的情形，更應(yīng)進(jìn)一步的分析直至有證實(shí)為止；(4)不是經(jīng)由精煉過(guò)程的非合金鋁中的鋁質(zhì)的含量就是其它的金屬的總量和百分百純鋁之差－其差別在于百分之0.01或稍多一點(diǎn)（百份比的小數(shù)點(diǎn)后第二位）；(5)最多可含有0.20%鋯和鈦。3.6.2物理性能2024為鋁－銅－鎂系中的典型硬鋁合金，其成份比較合理，綜合性能較好。很多國(guó)家都生產(chǎn)這個(gè)合金，是硬鋁中用量最大的。該合金的特點(diǎn)是：強(qiáng)度高，有一定的耐熱性，可用作150°C以下的工作零件。溫度高于125°C，2024合金的強(qiáng)度比7075合金的還高。熱狀態(tài)、退火和新淬火狀態(tài)下成形性能都比較好，熱處理強(qiáng)化效果顯著，但熱處理工藝要求嚴(yán)格。抗蝕性較差，但用純鋁包覆可以得到有效保護(hù)；焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋，但采用特殊工藝可以焊接，也可以鉚接。廣泛用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)、鉚釘、卡車(chē)輪轂、螺旋槳元件及其他種種結(jié)構(gòu)件。2024用途：2024鋁合金由于有高強(qiáng)度和好疲勞強(qiáng)度，被廣泛應(yīng)用在航空器結(jié)構(gòu)上，尤其是機(jī)翼與機(jī)身結(jié)構(gòu)下的受到張力的地方。2024鋁合金密度為2.73g/cm3。力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度σb(MPa)≥425條件屈服強(qiáng)度σ0.2(MPa)≥275試樣尺寸：所有壁厚注：管材室溫縱向力學(xué)性能。熱處理工藝：狀態(tài)、退火和新淬火狀態(tài)下成形性能都比較好，熱處理強(qiáng)化效果顯著，但熱處理工藝要求嚴(yán)格?？刮g性較差，但用純鋁包覆可以得到有效保護(hù)；焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋，但采用特殊工藝可以焊接，也可以鉚接。

4光源的選擇光源的選擇指標(biāo)有很多，與人眼感覺(jué)相關(guān)的有色溫、色度及顯色指數(shù)。白熾燈給人以溫暖的感覺(jué)，熒光燈、水銀燈則給人以清冷的感覺(jué)，這主要是由于它們的色溫不同所致。常用照明中我們選用白熾燈、熒光燈而不選用鈉燈，是因?yàn)殁c燈的顯色指數(shù)小，看到的物體不真實(shí)，人眼也容易疲勞。因此，對(duì)系統(tǒng)光源進(jìn)行選擇需要考慮多方面，包括色度參數(shù)、光度參數(shù)、可靠性、供電方式等[2]。表4-1列出了各種不同照明光源的特性。表4-1幾種照明光源的特性表常用光源有很多種，但并不是每種都適合用于太陽(yáng)能照明系統(tǒng)。普通照明從上表中可以看出供電方式有交流和直流，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)提供的是直流電，傳統(tǒng)光源要想使用太陽(yáng)能，還要增加逆變電路，中間能量損耗要大于使用LED燈，在這樣的情形下，理想的選擇當(dāng)然是使用LED燈。而且高壓鈉燈，這種光源存在顯色性差、啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)熱量大等缺點(diǎn)，而節(jié)能燈在支路、小區(qū)用得較多。表4-2列出了三種光源的光輻射抵達(dá)路面的情形。表4-2三種光源的光輻射抵達(dá)路面情形比較[10]考慮到太陽(yáng)能燈的能量來(lái)源于白天的光照，能量有限，因此光源功率不能選擇太大。我們選擇白光LED作為光源，其光效達(dá)60lm/W，具有良好的照明效果，并且LED的電源為直流，這樣太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可以直接為它提供能源。在抵達(dá)路面光通量相同的情況下，高壓鈉燈、熒光燈的功耗大，而LED的節(jié)能效果顯著，且高壓鈉燈和熒光燈如用太陽(yáng)能還需增加逆變電路。由上可知，太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘系統(tǒng)最合適的光源是白光LED，隨著LED技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。白熾燈由于光效差正在逐步被淘汰，隨著光伏系統(tǒng)的普及，白光LED將成為普通照明的光源。目前太陽(yáng)能LED燈已成為太陽(yáng)能照明的一個(gè)主要發(fā)展方向，隨著LED技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能燈具使用LED作為光源已是大勢(shì)所趨由于LED使用低壓直流電供電，當(dāng)利用常規(guī)交流供電系統(tǒng)作為ED供電電源時(shí)，必須將電源轉(zhuǎn)化成低壓直流電才能使用這不僅增加了照明系統(tǒng)的成本，同時(shí)也降低了能源的利用率太陽(yáng)能電池可直接將光能轉(zhuǎn)化為直流電能，并且太陽(yáng)能電池組件可以通過(guò)串并聯(lián)的方式任意組合，再匹配對(duì)應(yīng)的蓄電池就可以得到LED實(shí)際需要的電壓，因而這種系統(tǒng)將獲得較高的能源利用率以及較高的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性[11]。綜上所述，選用LED作為太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘的光源?？紤]到野外比較空曠，故選用4個(gè)功率為10W的LED燈。

5電池組件和蓄電池選型5.1太陽(yáng)能電池組件選型設(shè)計(jì)要求：保定地區(qū)，采用大功率LED光源，其工作電壓24V、功耗40W，每天工作時(shí)數(shù)6h。（1）保定地區(qū)近20年均輻射量107.7kcal/cm2，經(jīng)計(jì)算峰值日照時(shí)數(shù)約為3.424h；（2）負(fù)載日耗電量：40÷24×6=10Ah;（3）所需太陽(yáng)能組件的總充電電流：1.05×6÷3.424÷0.85=2.165A，在這里，1.05為太陽(yáng)能電池組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù)，0.85為蓄電池充電效率；（4）太陽(yáng)能組件的最少功率：17.2×2.165=37.238W。選用100W太陽(yáng)能電池組件，可以保證該系統(tǒng)在一年大多數(shù)情況下的正常運(yùn)行。注：因本文設(shè)計(jì)要求需用柔性太陽(yáng)能電池板，而柔性太陽(yáng)能電池板在本文截稿為止尚未出現(xiàn)。故該太陽(yáng)能組件暫按普通太陽(yáng)能電池板選用。5.2蓄電池選型根據(jù)上面的計(jì)算，負(fù)載日耗電量10Ah。在蓄電池充滿(mǎn)情況下，可以連續(xù)工作7個(gè)陰雨天，再加上第一個(gè)晚上的工作，蓄電池容量：10×8=80Ah,選用1臺(tái)12V/200Ah的蓄電池就可以滿(mǎn)足要求[12]。6控制器6.1引言蓄電池管理系統(tǒng)包含對(duì)蓄電池的充放電控制與蓄電池的剩余容量預(yù)測(cè)。本文采用MSP430F147單片機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和控制，來(lái)完成對(duì)蓄電池的容量預(yù)測(cè)以及充放電控制。具體硬件實(shí)現(xiàn)電路如圖6-1所示：圖6-1MSP430F147單片機(jī)硬件控制電路[13]在本系統(tǒng)中采用擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能陣列最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)充電,其中心思想是測(cè)量當(dāng)前陣列輸出電壓和電流，計(jì)算輸出功率，然后在原輸出電壓上增加一個(gè)小電壓分量(或稱(chēng)之為擾動(dòng))，由光伏陣列I-U特性可知，其輸出功率會(huì)發(fā)生改變，計(jì)算出改變后的功率，與改變前的比較即可知道功率變化的方向。如果功率增大就繼續(xù)使用原擾動(dòng)，如果減小則改變?cè)瓟_動(dòng)方向，來(lái)實(shí)現(xiàn)MPPT控制。雖然最大功率點(diǎn)跟蹤控制調(diào)節(jié)由硬件電路實(shí)現(xiàn)，但控制給定由單片機(jī)根據(jù)MPPT原則給出。它送出的是一個(gè)PWM信號(hào),其占空比大小反映輸出電壓的高低,這個(gè)給定信號(hào)用來(lái)調(diào)節(jié)陣列的電壓，其給定調(diào)節(jié)的軟件流程如圖6-2所示。圖6-2MPPT軟件流程圖太陽(yáng)能電池即非恒流源也非恒壓源，其輸出功率隨光照強(qiáng)度和溫度的變化而變化，在一定的光照強(qiáng)度和溫度下，太陽(yáng)能電池只有工作于某一點(diǎn)上時(shí)其輸出功率才能達(dá)到最大。因此如何確保環(huán)境變化時(shí)太陽(yáng)能電池工作在最大功率點(diǎn)上，即如何實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)是系統(tǒng)要解決的主要問(wèn)題。另外LED的驅(qū)動(dòng)，防止蓄電池過(guò)充過(guò)放并合理地對(duì)其充電也是系統(tǒng)要考慮的問(wèn)題[14]。6.2最大功率點(diǎn)跟蹤的原理和實(shí)現(xiàn)方法6.2.1最大功率點(diǎn)跟蹤的原理太陽(yáng)能電池的輸出特性曲線(xiàn)如圖6-3所示。圖6-3兩種情形下太陽(yáng)能電池輸出特性曲線(xiàn)[13]從特性曲線(xiàn)上可以看出每條P-V特性曲線(xiàn)上都只有一個(gè)最大功率點(diǎn)，最大功率點(diǎn)隨光照度的增加而增加，隨溫度的上升而減少。若太陽(yáng)能電池組直接對(duì)蓄電池充電，其輸出電壓恒定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。實(shí)現(xiàn)方法就是在太陽(yáng)能電池和蓄電池之間插入直流變換器，把直流變換器和蓄電池看作太陽(yáng)能電池的負(fù)載，調(diào)節(jié)直流變換器的占空比，使負(fù)載和太陽(yáng)能電池此時(shí)的內(nèi)阻相匹配，負(fù)載上獲得最大功率。現(xiàn)代電力電子技術(shù)可以使直流變換器的效率很高，因此太陽(yáng)能電池組提供的功率大部分給蓄電池充電。直流變換器的輸出電壓可看作等于蓄電池電壓，是不變的，調(diào)節(jié)占空比改變其輸入電壓即光伏電池的輸出電壓。6.2.2最大功率點(diǎn)跟蹤的控制方法目前理論上來(lái)說(shuō)常用的最大功率跟蹤方式有如下幾種：恒電壓控制法、擾動(dòng)觀察法、增量電導(dǎo)法、模糊邏輯控制法、滯環(huán)比較法、最優(yōu)梯度法等。這些方法都是在光照強(qiáng)度和溫度變化時(shí)依據(jù)光伏電池的特性曲線(xiàn)從數(shù)學(xué)方法上找到其相應(yīng)的最大功率點(diǎn)，然后由相應(yīng)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方法又各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中恒電壓控制法具有電路簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際中應(yīng)用得較多?？紤]到本系統(tǒng)功率不大，故采用恒電壓控制法。從光伏電池的特性曲線(xiàn)上可以看出，溫度不變時(shí)不同光照強(qiáng)度下的最大功率點(diǎn)上光伏電池的輸出電壓幾乎是不變的，因此我們只需要使光伏電池的輸出電壓為某一值Um就能夠?qū)崿F(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤[15]。這就是恒電壓控制的原理。恒電壓控制的缺點(diǎn)在于沒(méi)有考慮到溫度變化的因素。針對(duì)這一不足我們可做如下改進(jìn)：加入溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，讓不同的溫度范圍對(duì)應(yīng)不同的最大功率點(diǎn)電壓Um，或按-3—-5mV/℃這樣就可以很好地解決該問(wèn)題。6.3實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤的具體電路實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤用得較多的是Buck電路和Boost電路。Buck電路輸入電流是斷續(xù)的，若直接加在光伏電池上，光伏電池的輸出電流是斷續(xù)的，光伏電池不能處于最佳工作狀態(tài)。因此Buck電路與光伏電池之間必須插入儲(chǔ)能電容。加入儲(chǔ)能電容后，電路可靠性，體積等都會(huì)受到影響。相比之下，Boost電路其輸入端輸入電流是連續(xù)的，Boost電路只要其升壓電感足夠大就能保證光伏電池輸出電流基本無(wú)波動(dòng)，在實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)有顯著的優(yōu)點(diǎn)。如圖6-4所示。圖6-4B00st電路Boost電路開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，二極管D截止,光伏電池通過(guò)開(kāi)關(guān)S讓電感儲(chǔ)能，同時(shí)電容C對(duì)蓄電池放電；開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)D導(dǎo)通，光伏電池和電感一起對(duì)蓄電池放電，輸出電壓高于輸入電壓，同時(shí)讓電容充電。只要開(kāi)關(guān)管工作頻率足夠高，電容C足夠大就能使輸出穩(wěn)定。Boost電路輸入輸出關(guān)系為Uo=Ui/(1-D)電路輸出電壓等于蓄電池電壓，一段時(shí)間可認(rèn)為是不變的，調(diào)節(jié)占空比可使其輸入電壓即光伏電池的輸出電壓變化，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。濾波電容C較小有可能使蓄電池的充電電流波動(dòng)較大，影響蓄電池的使用壽命，電容C可按下式確定：C≧Iom(Uo-Ui)/(fUo⊿Uo)式中：Iom，f，Uo分別指可能的最大充電電流、開(kāi)關(guān)管工作頻率和電容C上的電壓波動(dòng)。6.4BiBoost-Buck在系統(tǒng)中的應(yīng)用目前大部分功率LED驅(qū)動(dòng)電路采用典型開(kāi)關(guān)變換器，該方案的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟。典型開(kāi)關(guān)變換器有非隔離的和隔離二種類(lèi)型，非隔離開(kāi)關(guān)變換器包括Buck、Boost和Boost-Buck變換器。從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看，蓄電池的能量要雙向傳遞。光伏電池給蓄電池充電要一個(gè)直流變換器，而蓄電池恒流驅(qū)動(dòng)LED燈也要一個(gè)直流變換器。這2個(gè)直流變換器共用一個(gè)主電路，而控制電路做在一起，就構(gòu)成了雙向直流變換器。雙向直流變換器能實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞，是典型的一機(jī)兩用設(shè)備。它能減少電路的元件數(shù)量,使控制集中，減小電路的體積。許多單向直流變換器都可通過(guò)將其中無(wú)源開(kāi)關(guān)反并一個(gè)有源開(kāi)關(guān)，而將原來(lái)的有源開(kāi)關(guān)反并一個(gè)無(wú)源開(kāi)關(guān)而成為雙向DC/DC變換器[16]。上述Boost變換器通過(guò)上述變換構(gòu)成BiBoost-Buck雙向直流變換器,如圖7-5所示。圖6-5BiBoost-Buck雙向直流變換器電路圖蓄電池的充電和放電不會(huì)同時(shí)進(jìn)行，所以任一時(shí)間能量都是單向傳遞的。能量從左往右傳遞即光伏電池對(duì)蓄電池充電時(shí),主要是由L,S1,D1和C1工作,相當(dāng)于Boost電路；能量從右往左傳遞即蓄電池對(duì)LED燈供電時(shí)，主要是S2，L，C2和D2工作相當(dāng)于Buck電路。恰當(dāng)選擇足夠大的電感L，就能使電路工作于Boost電路時(shí)可以讓電路輸入電流基本無(wú)波動(dòng),有利于實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤；電路工作于Buck電路時(shí)易于實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的恒流驅(qū)動(dòng)。同時(shí),電容C2可選用較小的容值。

7太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘各零件的設(shè)計(jì)該太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘為方便裝入私家車(chē)后備箱里，把傘桿分成三節(jié)：上桿、中桿和下桿。零件包括：上節(jié)、中節(jié)、下節(jié)、傘骨、傘骨支架、小支架、彈簧、傘骨撐、支架撐、小支架撐、鉤子等。這些零件主要用到pro/e里的一些拉伸命令。1.上桿：總長(zhǎng)1220mm,外徑25mm,內(nèi)徑20mm。為連接中桿，在距底部100mm處，有直徑為8mm的通孔一個(gè)：圖7-1上桿圖7-2上桿局部圖2.中桿：中桿全長(zhǎng)1000mm,外徑30mm,內(nèi)徑25mm。在離上端50mm處有一直徑為8mm的通孔，在離下端100mm，200mm,300mm處各有一個(gè)直徑為8mm的通孔。中桿的作用只是為方便安裝與裝載：圖7-3中桿圖7-4中桿局部圖3.下桿：下桿總長(zhǎng)700mm,和底座連在一起。底座直徑600mm,高200mm,用來(lái)裝蓄電池和控制器。桿長(zhǎng)500mm,外徑35mm,內(nèi)徑30mm。離上端100mm處有一直徑為8mm的通孔，用來(lái)和中桿連接。圖7-5下桿4.傘骨：傘骨有螺紋傘骨和拉繩傘骨各四個(gè)，總長(zhǎng)都是862mm,直徑為5mm。上端都是帶有直徑為3mm小孔的薄片。薄皮厚度為2mm,長(zhǎng)、寬為6mm。離上端406mm處有同樣一個(gè)薄片，和端處薄片在同一平面內(nèi)。螺紋傘骨另一端是長(zhǎng)為10mm的螺紋。拉繩傘骨另一端距端5mm處有一直徑為3mm的通孔。圖7-6傘骨圖7-7傘骨局部圖圖7-8拉繩傘骨頂端圖7-9螺紋傘骨頂端5.傘骨支架：傘骨支架共八個(gè)，總長(zhǎng)412mm,粗為5mm,兩端都是厚為2mm，長(zhǎng)、寬為6mm的薄片，薄片中心有直徑為3mm的通孔。與兩薄片在同一平面，距一端136mm處有同樣一薄片。圖7-10傘骨支架6.小支架：小支架共八個(gè)，總長(zhǎng)為156mm，兩端都是厚為2mm,長(zhǎng)、寬都是6mm的薄片，薄片中心有直徑為3mm的小孔。圖7-11小支架7.彈簧：彈簧原廠(chǎng)250mm，直徑35mm,截面直徑為3mm，節(jié)距是6mm。彈簧的作用是自動(dòng)開(kāi)傘。圖7-12彈簧8.傘骨撐：傘骨撐總長(zhǎng)150mm,外徑30mm,內(nèi)徑25mm,上端有八個(gè)小薄片均勻分布，小薄片厚度2mm,長(zhǎng)、寬各為6mm。其作用是使傘骨鉸鏈連接到傘桿上。傘骨撐和上桿過(guò)盈配合。傘骨撐下端外徑是35mm,高為10mm,其作用是控制遮陽(yáng)傘的撐開(kāi)程度。圖7-13傘骨撐9.支架撐：支架撐全長(zhǎng)130mm,內(nèi)徑25mm,外徑30mm。上端外徑35mm，高6mm，在其周?chē)芯鶆虿贾玫男”∑?，其厚度?mm,長(zhǎng)、寬為6mm。其作用是使支架鉸鏈連接在傘桿上，并可以沿桿滑動(dòng)。圖7-14支架撐10.小支架撐：小支架撐全長(zhǎng)150mm，上部外長(zhǎng)130mm，內(nèi)深120mm，外徑45mm，內(nèi)徑40mm；下部外長(zhǎng)20mm,內(nèi)長(zhǎng)30mm，外徑30mm，內(nèi)徑25mm。上端有均勻分布的八個(gè)小薄片，小薄片厚2mm，長(zhǎng)、寬各為6mm。小薄片下部中間開(kāi)有長(zhǎng)寬各為10mm的通孔。和通孔連線(xiàn)成90度角處有一小薄片，小薄片長(zhǎng)款個(gè)為8mm,中間有直徑為4mm的小孔。圖7-15小支架撐下端圖7-16小支架撐11.鉤子：鉤子長(zhǎng)350mm，高和寬均為4mm，鉤部高8mm,長(zhǎng)、寬均為4mm。在一端處半圓中心有直徑為2mm的通孔。圖7-17鉤子7.2太陽(yáng)能遮陽(yáng)傘的裝配過(guò)程裝配是運(yùn)動(dòng)仿真的前提保障,裝配關(guān)系的正確與否直接影響著運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果,裝配前首先要確定運(yùn)動(dòng)的各構(gòu)件以及各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副。確定好各構(gòu)件及各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)副之后,即可通過(guò)選擇構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副組成機(jī)構(gòu),最后由各機(jī)構(gòu)組成整機(jī)。本設(shè)計(jì)裝配主要用到銷(xiāo)釘、滑桿、剛性等裝配方式。第一步，把傘骨撐剛性裝配到上桿上：圖7-18裝配第一步第二步，把支架撐滑桿裝配到上桿：圖7-19裝配第二步第三步，把彈簧裝上：圖7-20裝配第三步第四步，把小支架撐裝上：圖7-21裝配第四步第五步，把傘骨裝上。螺紋傘骨與拉繩傘骨相間布置：圖7-22裝配第五步第六步，把支架裝上：圖7-23裝配第六步第七步，把小支架裝上：圖7-24裝配第七步第八步，把鉤子裝上：圖7-25裝配第八步第九步，把中桿裝上：圖7-26裝配第九步第十步，把底座裝上：圖7-27裝配第十步裝配完畢：圖7-28裝配完畢7.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明該設(shè)計(jì)為自動(dòng)撐開(kāi)傘。解開(kāi)傘后，在彈簧的作用下，推動(dòng)支架沿桿向上移動(dòng)，同時(shí)支架撐開(kāi)骨架?？紤]到撐開(kāi)的慣性可能會(huì)對(duì)傘骨造成損害，小支架撐下部設(shè)計(jì)了一個(gè)帶孔的薄板。用繩子穿過(guò)小孔，可以控制撐開(kāi)的速度。并且在收起時(shí)，可以通過(guò)把