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涵道式多辐条一体化轮组结构设计

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2022-04-11 ID:606871
  • 涵道式多辐条一体化轮组结构设计

  该轮组结构采用涵道式外圈与多辐条一体化设计,区别于传统开式辐条轮的结构形式,外圈为等宽环形实体结构,既可以作为行走轮的轮辋外缘与接触介质配合,也可在涵道动力场景中作为气流约束通道的壁面,适配小型移动平台、涵道推进装置的双重使用需求。从实际应用场景来看,这类轮组可覆盖两类核心工况:一类是小型巡检机器人、室内服务机器人的行走轮,封闭的外圈结构能避免辐条卷入线缆、杂物,在铺装有地毯、线缆排布密集的办公或机房场景下,可大幅降低行走卡滞的概率;另一类是微型涵道风扇、小型无涵道动力装置的导流轮,外圈的环形壁面可约束辐条带动的气流流向,减少气流径向逸散,提升动力输出的效率。

  设计过程中优先考虑了受力的均匀性,辐条采用八组对称式弯曲排布,而非传统直辐条的径向布置,每根辐条从中心轮毂位置向外延伸时带有连续的弧度,一方面可以在轮组承受径向冲击时,通过辐条的微变形吸收部分冲击能量,避免硬连接导致的辐条根部应力集中断裂,另一方面弯曲的辐条在作为涵道导流结构时,可对气流起到预旋作用,匹配后置动力叶轮的进气角度,降低气流进入叶轮时的紊流损失。中心轮毂位置设置了同轴的安装定位孔与止口,安装边界上,轮毂端面预留了均匀分布的安装孔位,可直接与标准输出轴、电机端盖配合,不需要额外设计转接法兰,能减少装配环节的累积误差。

  外形尺寸上,轮辋的轴向宽度与外径比例控制在1:4左右,既保证了作为行走轮时与地面的接触面积足够,不会因压强过大压损软质地面,也控制了涵道结构的轴向长度,适配小型设备紧凑的安装空间。轮辋的内圈与辐条的连接位置做了等半径的圆角过渡,避免直角连接处的应力集中,在承受侧向力时,比如设备转向、涵道受侧风影响时,连接位置的应力分布更均匀,不会出现应力突变导致的结构开裂。外圈的外缘面做了微弧处理,作为行走轮使用时,转向过程中接触面积变化更平缓,不会出现硬摩擦导致的转向阻力突增;作为涵道结构使用时,外缘的微弧可减少进气端的气流剥离,降低进气阻力。

  从装配逻辑来看,整个轮组为一体化成型结构,不需要额外组装辐条与轮辋,不存在传统轮组辐条松动、调校的问题,适合批量生产的小型设备使用,装配时仅需要将中心轮毂的止口与动力输出端的定位轴配合,拧入固定螺丝即可完成安装,对装配人员的技术要求更低,也减少了后期维护的工作量。辐条的截面采用椭圆形设计,而非圆形或矩形截面,在作为导流结构时,椭圆形截面的翼型效果可降低气流穿过辐条时的阻力,减少风噪与动力损失;在作为行走轮受力结构时,椭圆形截面的抗弯模量在径向与侧向都有较好的表现,不会出现某一方向受力易变形的问题。

  实际选型适配时,需要注意安装端的轴伸长度不能超过轮毂的轴向深度,避免轴端突出轮组端面影响轮组的正常转动,同时轮组外圈的外径尺寸要与设备的底盘离地间隙匹配,保证轮组转动时不会与底盘结构产生运动干涉。如果作为行走轮使用,可在外圈外缘包覆橡胶层提升摩擦力,该结构的轮辋外圈预留了包覆层的安装厚度空间,不需要修改主体结构即可直接适配;如果作为涵道导流轮使用,可在轮辋内圈粘贴吸音泡棉,降低气流与壁面摩擦产生的噪音,内圈的光滑表面也方便泡棉的粘贴固定,不会出现粘贴不牢脱落的问题。

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