基于solidworks小型路灯清洗装置的三维模型设计

李海峰

摘 要：项目研究工作内容基于路灯灯罩清洗装置的机械结构设计，目的是设计一套较为完整的机械结构，以实现一定区域内路灯灯罩的清洗工作。在设计时以结构简单化为设计方向，实现功能为主要目的。通过Solidworks 建立三维模型，并说明建模过程的一些主要问题。现阶段项目主要处于三维建模阶段，而且实际零部件已选择。

关键词：路灯灯罩清洗；伸缩体；地面支撑装置；灯罩清洗装置；丝杆

随着社会飞速发展，现代化城镇的水平不断提高，像路灯这样的基础设施不断的增加。路灯为我们在夜间出行提供了极大的方便，但路灯建设在外界环境中，长时间下来，路灯的灯罩会由于外界环境的因素而沾染灰尘等，因此路灯的照明度会受到影响。而且路灯一般会很高，在一些设施不完善的地方，清洗起来十分不便，所以团队设计了一种路灯灯罩清洗装置，可方便的对路灯灯罩进行清洗。

项目的研究意义在于路灯灯罩清洗装置可方便的对路灯灯罩进行清洗，减少了人力物力的投入，这样可对路灯灯罩进行定期的清洗，路灯的照明度会得到极大的改善，对于交通方面有极大的意义。

1 项目结构原理

路灯灯罩清洗装置由地面支撑装置，伸缩体，清洗装置三大主要部分构成。

地面支撑装置采用可移动车体式结构，移动方式采用全向轮加定向轮，车体上配备一套丝杠传动装置与伸缩体相连，控制水平伸缩装置的伸缩幅度。水平伸缩装置由一块金属板构成，金属板上表面可与伸缩体相连，下表面与一套丝杠传动装置相连接，金属板与丝杆螺母通过螺栓连接，丝杆通过BK支座支撑，BK支撑座固连在底板上。采用丝杆传递运动，可以实现水平金属板在水平方向的运动，但是在这里需要考虑的是丝杆的自锁问题，丝杆自锁是整个机构设计的关键，只有在丝杆自锁时，金属板位置才会固定，伸缩体才会处于静止状态。丝杆在设计时采用的滚珠丝杠，滚珠丝杠传动效率高、摩擦小，摩擦角小于滚珠丝杠的螺旋角，因而不能被自锁，所以配备自锁器。由于金属板直线运动，金属板在运动过程中带动伸缩体在竖直方向的伸缩运动，这样就可以把清洗装置送到高处。

伸缩体采用剪叉式结构，伸缩体主要包括法兰轴承、光轴、剪叉臂等。

清洗装置分为主体、水箱、地面遥控器、水管、喷水器等结构组成。清洗装置与伸缩体连接。主体上安装喷水器，喷水器通过水管与水箱相连，水箱配备供压装置。喷水器都可以进行不同方向的旋转，旋转过程是通过程序控制旋转构件完成旋转工作，通过地面遥控器人为控制喷水器可以更合理的对路灯灯面进行清洗，实现对不同形式的路灯灯面和灯面的不同位置的喷水清理。

2 工作过程

人为操控地面支撑装置，人工控制丝杆或通过电机带动丝杠转动，将丝杠的螺旋运动转化为伸缩体的直线运动，伸缩体上下移动通过伸缩体把清洗装置升到路灯灯面附近，地面支撑装置兼可以控制伸缩体的伸缩高度。升起工作完成后，通过遥控器控制清洗装置，控制喷水器对灯面进行清洁工作，由于喷水器的可旋转，通过控制可以对灯面的不同位置进行清洗。

3 三维模型的建立

采用自底向上的建模方法构建装配体。因本人是初学者，所以一般方法建立总装。

首先建立的是伸缩体的三维模型，该装置设计为小型装置，一人可完全操作，再从经济角度考虑，所以体积不必太大。依据剪叉臂CAD图，在Solidworks建立草图，并进行特征操作，凸台拉伸厚度为3mm。在这里有一点是要注意的是凸台拉伸完成后，模型基本完成，但是我们要给模型在颜色上给予两种不同的配置，这样做的目的方便以后建立伸缩体装配体时区分两侧的剪叉撑。

剪叉撑的三维模型建立以后，接下来我们按照设想的系统组成分别建立模型，这里不再一一叙述。分别为底盘丝杆传动系统、清洗丝杆传动系统、清洗装置。

下面我们来介绍一下以上部分建模时的主要问题，建立这样的装配体对我们学生而言，其规模相对较大，在建立总装配的时候难免会遇到些问题。在solidworks进行总装时，配合很多，而且在一更新时，配合就会出错，让人很头疼。在完成总装过程时配合方式选择错误，这里前面已经叙述过，不再重复说明。还有配合过多也是原因之一。

底盘丝杠传动系统和清洗丝杠传动系统在建模时主要问题在于与其它部件的位置配合关系，采用自底向上的建模方法时，要注意的是尺寸的正确性，以免装配出错。

清洗装置主要结构包括伺服电机，这里也是要配合的正确性。

上述三维模型建立完成后，及时在Solidworks 中保存文件，然后我们以自底向上的方式建立装配体，本项目三维模型中需要注意的配合方法按照实际配合方式选择配合形式。如实际中某处为铰链连接，那么在solidworks中为三维模型选择铰链配合。Soldworks中提供了非常全面的配合方式，在本模型中主要涉及到轴孔配合，部件的位置固定等。为了以后在motion中进行运动仿真，我们必须选择正确的配合方式，对于相对位置不变的零部件，采用标准配合进行定位，然后删除这些定位配合，然后在Solidworks配合中选择标准配合下的锁定，即将两个固连在一起，这样做的优势是减少计算机的计算，提高效率。

4 结论

本项目主要基于solidworks建立所设想的三维模型，零部件之间不存在干涉关系。但是本项目如果可以实际制作的话，还需要对每一个零部件进行有限元分析，验证结构和材料的可靠性。有限元分析完成后还需要运动仿真，模拟其运动可靠性。所以现在是完成了基础部分，项目方案的确立及其三维模型的建立。