CATIA环境下带安装法兰的可调脚轮结构设计

　　这款带侧装法兰的脚轮结构，在工业场景里的适配范围很广，不管是车间小型周转料架、轻型自动化设备机架，还是实验室移动检测台、商用展陈移动柜体，都能用到这类支撑移动部件。很多人做脚轮选型的时候只看额定载荷，忽略安装边界和转向结构的干涉问题，实际落地的时候经常出现装不上、转不动、运行晃荡的问题，这个结构在设计阶段就把这些现场常见的坑给规避了。

　　从结构功能来看，这款脚轮属于带转向阻尼的减震型固定安装脚轮，侧置的青蓝色法兰安装板是核心安装基准，板上预留了三个沉头安装孔，孔位做了同轴度公差约束，安装的时候不需要额外配做转接板，直接通过螺栓把法兰板锁在设备侧壁的安装面上就行，相比传统的顶板安装脚轮，这种侧装结构不需要占用设备底部的垂直安装空间，对于底部空间紧凑、需要贴近地面布置管线或者刮屑板的设备来说，适配性要好很多。法兰板和轮架连接的位置做了加强筋过渡，红色的轮架支撑臂采用变截面设计，靠近法兰的位置壁厚更厚，往轮轴方向逐步收窄，既保证了支撑强度，又不会额外增加太多重量，支撑臂顶部的锁紧螺母是转向轴的轴向固定件，中间的绿色弹性衬套是聚氨酯材质，一方面能吸收设备移动过程中地面传来的震动，避免设备上的精密元器件受冲击损坏，另一方面能给转向提供一定的阻尼，不会因为地面轻微倾斜就出现脚轮自行跑偏的问题。

　　轮体部分采用黑色高弹性聚氨酯包胶结构，内圈是灰色的尼龙轮芯，轮芯内嵌了双列深沟球轴承，转动阻力小，长时间运行也不会出现卡滞，包胶厚度做了12mm的预留，正常车间环氧地面使用的话，磨损寿命能达到普通橡胶轮的三倍以上，而且不会在地面留下黑印，适合对地面洁净度有要求的车间或者商用场景。转向结构的旋转中心和轮体的接地中心做了15mm的偏心距设计，这个偏心距是经过反复校核的，太小的话转向会很卡，需要很大的推力才能改变方向，太大的话设备移动的时候轮体会左右摆振，推行的时候手感发飘，15mm的偏心距刚好能兼顾转向灵活性和运行稳定性，哪怕是满载状态下，单人也能轻松推行转向。

　　做结构设计的时候，首先要确认安装边界，法兰板的总宽度是80mm，安装孔的孔距是60mm，沉头孔适配M8的内六角螺栓，安装的时候要注意设备侧壁的安装面平面度公差要控制在0.2mm以内，不然法兰板锁紧之后会出现内应力，时间长了容易出现支撑臂变形的问题。轮体的总直径是100mm，安装完成之后，设备安装面距离地面的高度是125mm，这个高度预留了10mm的减震压缩行程，当设备满载的时候，弹性衬套压缩，高度会下降5-8mm，不会出现轮体被压死无法转动的情况。转向部分的旋转角度是360度无死角，但是要注意安装的时候，法兰板下方不要突出超过安装面的螺栓头或者其他结构件，不然转向的时候轮架会和突出件发生干涉，实际建模的时候已经做了20mm的安全间隙预留，只要安装面没有额外突出的结构，就不会出现干涉问题。

　　很多新手做脚轮建模的时候，容易把轮架和法兰做成一体结构，看起来加工更简单，实际使用的时候一旦轮架受撞击变形，整个脚轮就报废了，这个结构把法兰板、轮架支撑臂、轮轴、弹性衬套都做成了可拆分的模块化结构，哪个部件损坏了单独更换就行，不需要整个脚轮换掉，后期维护成本能降不少。另外轮轴的固定采用了轴用挡圈加锁紧螺母的双重固定结构，哪怕设备经过颠簸路面，轮轴也不会出现窜动脱落的问题，比单纯用挡圈固定的结构可靠性高很多。在做CATIA建模的时候，整个结构的零件都做了参数化关联，比如要适配不同的安装高度，只需要修改支撑臂的长度参数，法兰孔位、轮体尺寸、偏心距这些参数都会自动更新，不需要重新绘制每个零件，能大幅提高同系列脚轮的设计效率。

　　实际应用的时候，这类脚轮的单轮额定载荷在80-120kg之间，四个脚轮搭配使用的话，总承载能到300kg以上，完全能满足大部分轻型移动设备的需求，而且因为带减震结构，哪怕是地面有小的缝隙或者凸起，推行的时候也不会出现明显的颠簸，对于搭载了精密传感器、检测元件的移动设备来说，能有效降低震动对检测精度的影响。另外侧装的结构还有一个好处，就是设备需要固定位置的时候，可以直接在法兰板下方加装地脚支撑，不需要额外设计地脚安装位，调整脚杯高度就能把设备顶起来，让脚轮离地，实现设备的位置固定，不用每次移动完都找东西垫设备。