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1、1绪论11.1本课题的来源及研究的目的和意义11.2太阳能热水器的概况21.3本课题所涉及的问题及国内（外）研究现状及分析31.4国外研究现状及分析41.5国内研究现状及分析61.6对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析.71.7完成本课题所必须的工作条件及解决的办法71.8完成本课题的工作方案及进度计划82太阳热水器能结构设计方案92.1机型102.2机具工作原理102.3总体配置102.4基本设计参112.5确定传动方案132.6电动机的选择143传动机构的设计163.1齿轮及齿盘的设计163.2轴的计算203.3凸轮机构的设计及计算22小结26致谢28参考文献29附录311绪论
2、1.1本课题的来源及研究的目的和意义进入21世纪，随着石油、煤、天然气等这些不可再生自然能源 价格的上涨，能源危机再次引起了人们的注意，如何很好的节约和利 用能源，特别是可持续性能源，一直是人类所面临的问题。在本次设 计中我将从我国目前面临的能源现状出发，分析太阳能的基本特性的 基础上，对目前收集太阳能最成功的装置太阳能热水器进行结构设 计。太阳能热转换技术的核心是采用高品质、高转换率的太阳能集热 器。未来的太阳能热利用发展趋势是太阳能与建筑结合，太阳能平板 集热器是与建筑结合最佳方式的太阳集热器。但我国幅员辽阔，各地 日照时间，日照角度等参数各不相同，因此可根据环境需要做成灵活 多变的结构形
3、式和形体尺寸。太阳能热水器虽然在国内用的比较多，但是在结构方面有不少的 不足之处，不能尽可能满足用户的使用，本次设计旨在提出一些可以 优化的方面。一是提出集热器旋转的结构改进方案，二是提出集热器日照角度 变换的结构改进方案，三是提出在热水器自动控制方面的改进方案。 1.2太阳能热水器的概况目前太阳能热水系统尚未纳入建筑给排水设计，工程中较常用的 热水供应是采用换热站提供的合适温度的热水,再通过室外管网向用 户供水。该供水方式存在供热效率低，经济效益差等缺点。而家用太 阳能热水器就是一个节约能源，有效利用能源的典型。随着人类生活 的不断进步，科学技术的不断发展，电子技术在各个领域的广泛应用， 如
4、何更高效的利用太阳能必将成为小型太阳能结构的发展趋势。美 国、日本等发达国家已经在这方面做了很多有益的探索和研究，在我 国，随着人民生活水平的日益提高，高效便捷的太阳能结构也必将在 我国兴起、发展和完善。所以如何提高民用设备的利用率也就成了一 种有益的、必要的、积极的探索和研究。同时，自1985年以来我国 太阳能利用取得了举世瞩目的成绩，太阳能热水器是太阳能热利用中 技术最成熟、应用最广泛、产业化发展最快的领域，并且随着大众文 明意识的提高、人民生活水平的不断提高以及对生活热水需求的日益 增长和拥有9亿人口的农村潜在市场的开发，研究、开发与太阳能热 水器相配套的控制系统，也就有着重大意义，同时
5、会创造良好的社会 效益。而目前市场上的太阳能热水器，存在着太阳能利用率不高、稳 定性差、通用性差等缺陷。本设计就是针对这些，开发具有高太阳能 利用率、通用性、稳定性好的太阳能热水器。1.3本课题所涉及的问题及国内（外）研究现状及分析当前我国自主开发的全玻璃真空管太阳能热水器在世界上处于 领先平，并出口到日本、美国等发达国家。据统计，截止到1998年 底，我国太阳能热水器生产厂有1000多家，年产量在250万平方米 以上，年产值35亿元，从业人员1.5万人，用户达3000多万人，年 产量及拥有量均居世界首位，成为我国节能领域的新兴产业，已引起 国际能源界的关注，发展势头很好。进入90年代，中国在
6、改革开放 政策指引下，随着太阳能热水器的不断改进、大众文明意识的提高、 人民生活水平的不断提高以及对生活热水需求的日益增长和拥有9 亿人口的农村潜在，市场的开发，更是促进了太阳热水工业的迅速发 展，太阳能热水器应用同时也得到了一个大规模进展，并且形成了与 空调、彩电、冰箱等一样的大规模市场。太阳能热水器是利用集热器 吸收太阳光，将光能转化成热能，并通过储水箱将热水储存的装置。 目前，技术水平最高的太阳能热水器是真空集热管太阳能热水器。真 空集热管的内、外管之间是真空夹层，确保冬季管内不结冰，能够正 常使用，内管上有一层选择性吸收镀膜，膜层能充分吸收太阳光。真 空管里的水，吸收热量后，通过温差循
7、环，加热储箱内的水。太阳能 中央热水系统采取以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式。一般情 况下全年90%的热水来自太阳能，只需10%的电能作补充，365天全 天候可以供应热水。太阳能热水器可在全国大部分地区使用，并被广 泛应用于家庭，在宾馆沐浴、工业用水等方面获得利用。同时，由于 其经济和社会效益显著。不用煤油电而用太阳能热水器洗浴的城乡居 民全国有3000多万，年节约能源200万吨标准煤。太阳热水不但为 广大城乡用户所接受，而且建设部已将它列入建筑节能新技术，准备 推广，太阳热水系统将与被动太阳采暖、光伏器件一起成为21世杨 太阳能建筑结构的一个组成部分。太阳热水要扩展到为工农业生产服 务。
8、太阳能产品本身还存在着使用不方便、不配套、质量档次不高的 状况。同时，由于受自身条件的限制，随着春夏秋冬四季的变化，以 及不同季节不同天气的变化，由于真空集热管太阳能热水器的单一性 能，出水温度和热水存量的不确定性给使用中带来众多不便，同时也 造成了对太阳能的利用效率低下，太阳能热水器也就在一定程度上满 足不了不同用户的不同需要，从而影响了太阳能热水器的长期发展。 1.4国外研究现状及分析在世界范围内，太阳能热水器技术已很成熟，并已形成行业，正在 以优良的性能不断地冲击电热水器市场和燃气热水器市场。国外的太 阳能热水器发展很早，但80年代的石油降价，加之取消对新能源减免 税优惠的政策导向,使工
9、业发达国家太阳能热水器总销售量徘徊在几 十万平方米。世界环境发展大会之后,许多国家又开始重视太阳能热水器在节 约常规能源和减少排放二氧化碳方面的潜力，仅据美国加州首府萨克 门托市的计划，到2000年太阳能热水器将取代该州47000套家用电 热水器；到2000年日本太阳能热水器的拥有量将翻一番;以色列更是 明文规定，所有新建房屋必须配备太阳能热水器。目前,我国是世界上 太阳能热水器生产量和销售量最大的国家。1992年销售量为50万 m2，为世界其他各国销售量之和;1995年销售量翻番，达100万m2。 据初步统计,1997年我国太阳能热水器销售量300万m2 ,目前，我国 从事太阳能热水器研制、
10、生产、销售和安装的企业达到1000余家, 年产值20亿元，从业人数115万人。但从房屋的热水器安装率来说, 以色列已达80% ,日本为11% ,台湾达217 %,我国在千分之几左右, 其太阳能热水器的推广应用潜力仍很大。国际上，太阳能热水器产品 经历了闷晒式、平板式、全玻璃真空管式的发展，目前其产品的发展 方向仍注重提高集热器的效率，如将透明隔热材料应用于集热器的盖 板与吸热间的隔层，以减少热量损失；聚脂薄膜的透明蜂窝已在德国 和以色列批量生产。随着世界范围内的环境意识和节能意识的普遍提 高，太阳能热水器必将逐步替代电热水器和燃气热水器。虽然太阳能 热水器目前仍存在市场价格高、受季节和天气影响
11、的不利因素，但太 阳能热水器具有不耗能、安全性、无污染性等优势，而且随着技术的 发展其经济性也逐渐显露出来。有关专家对三种热水器的经济指标比 较结果表明，太阳能热水器在经济上已具有较强的竞争力。1.5国内研究现状及分析我国的太阳能热水器发展趋势十几年来，我国太阳能热水器行 业从无到有，由小变大，发展非常迅速，但其普及率仍然很低，产品 的品种、功能和质量也都远远不能满足需要。今后，我国太阳能热水 器将怎样发展，这里仅从产品和技术的角度，对其发展趋势做个介绍。 1.4.1太阳能热水器将与建筑结合在许多工业化国家中，太阳能热水器早己列为建筑配套设备的一 部分。从节能、环保和改善人民生活条件等因素考虑
12、，在住宅设计中 采用太阳能热水器提供生活热水己是大势所趋。为要使太阳能热水器 尽早步入建筑行业，我们首先要研究太阳能热水器与建筑外观相协调 的总体方案（依据南方或北方、城镇或农村、楼房或平房等不同情况）， 设计出与建筑结构相适应的各种太阳能热水器产品（依据平屋顶、斜 屋顶、阳台等不同条件）；其次要重视热水器产品的标准化、系列化以 及热水器施工安装的规范化，加强与建筑设计部门的合作，使太阳能 热水器列入建筑标准图册，真正成为建筑的配套设备。1.4.2太阳能热水器将逐步完善功能人们对住宅中获取生活热水的要求正在日趋提高。为了能与电热 水器、燃气热水器等产品竞争，太阳能热水器除了在节能和环保两方 面
13、具有优势之外，还应当具有防冻或抗冻功能;人们希望洗浴时热水 犹如自来水那样喷淋，太阳能热水器就应当采用顶水法取出热水；人 们希望供热水设备不要因水垢而堵塞，热水器就应当将集热回路与生 活热水回路分开;人们希望即使阴雨天也能用上热水，太阳能热水器 就应当跟辅助能源配套;等等。由此可见，全年用热水器、承压水箱、 双循环系统、辅助电加热等技术改进都将是我国太阳能热水器发展的 必然趋势。1.6对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析成功设计出小型太阳能结构机械部分应有以下几个任务要求：（1）采用齿轮传动，驱动为电机；（2）选择合适的传动装置，来达到小型太阳能结构的设计目标。（3）本课题需要重点
14、研究的、关键的问题及解决的思路本课题重点研究的是怎样设计小型太阳能结构的机械部分，采用适合 的传感器以及传动装置来达到设计任务的目标。（1）根据小型太阳能结构需要旋转和升降的要求和自动化程度来选 择适合的动力源；（2）确定传动机构和执行机构；（3）根据小型太阳能结构的大小，通过手里要求计算出机构中各个 零件尺寸的大小、型号等并画出装配图；（4）对受力部件，零件尺寸进行校核计算。1.7完成本课题所必须的工作条件及解决的办法（1）了解小型太阳能结构的应用及在国内外发展的现状，上网和图 书馆查阅相关文献资料；（2）确定设计方案，参考资料，进行设计，询问老师和同学；（3）了解小型太阳能结构的结构尺寸以
15、及传动速度，上网和去图书馆查阅相关文献资料；（4）设计传动机构，根据输出输入速度，计算并设计出减速器；（5）利用AutoCAD软件画出装配图；（6）计算校核，参考资料书中的计算方法和公式等进行计算交合。1.8完成本课题的工作方案及进度计划完成本课题的方案：本方案采用电动机为动力源，利用减速器等 传动机构完成设计第1-2周查阅相关文献，撰写开题报告。第3-4周确定总体方案，明确相关内容。第5-6周 根据设计要求查阅相关手册，对各部份机构进行设计。第7-9周绘制零件图和装配图第10周 完成对产品的校核工作及设计说明书。第11周整理资料，做好答辩准备。please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings2太阳热水器能结构设计方案表2-1太阳能集热器安装倾角速查表城市纬度/（ ）安装倾角/（）和田37.0935阿克苏41.0940哈密42.5040乌鲁木齐43.4540伊犁43.5545塔城46.4645注：太阳能集热器单位面积得热量与所在地经纬度、大气透明系 数、集热器倾角等因素有关，在安放时应选择合理倾角。2.1机型我国人口众多，基本上各家各户都需要安装太阳能热水器，因此， 对小型太阳能热水器的需求量很大，因此本次的机型当与此相适应才 较为恰当。虽然定位为小型机具，但其结
