直径100mm五星辐条式行走轮结构设计

　　轮缘部分采用分体式的材质设计，外层是黑色的接触层，内层红色部分为轮盘的主体支撑结构，这种分层设计的思路很明确，外层接触层可以选用具备一定弹性和摩擦力的材质，比如橡胶或者软质TPU，在接触地面的时候能够提供足够的抓地力，同时吸收地面微小凸起带来的振动，避免小型载具在行进过程中出现打滑、颠簸的问题；内层支撑结构则可以选用刚性较好的材质，比如硬质塑料或者铝合金，保证轮体在承受额定负载的时候不会出现辐条变形、轮盘失圆的问题。中心轮毂位置做了凸起的轴孔安装位，这个位置的尺寸设计直接决定了轮体和驱动轴、支撑轴的适配性，在实际装配的时候，这个位置可以根据使用需求加工成对应直径的光孔或者带键槽的传动孔，既可以作为从动轮配合光轴使用，这款直径100mm的行走轮，在小型移动设备、轻型AGV、教学演示机器人、自制移动载具的结构搭建场景中有着很高的适配性，很多做小型移动平台开发的工程师在选型时，往往会优先考虑这类尺寸适中、结构简洁的轮体，既不会因为轮径过小导致越障能力不足，也不会因为轮径过大占用过多安装空间、抬升整机重心。从结构设计来看，这款轮体采用五星辐条的支撑结构，区别于传统的三辐条或者实心轮盘设计，五根辐条从中心轮毂位置呈放射状均匀分布，相邻辐条之间的夹角为72度，这种排布方式可以在保证轮盘整体结构强度的前提下，尽可能减少材料的使用，降低轮体自身的转动惯量，让驱动轮在启动、制动过程中的响应速度更快，不会因为轮体自重过大给驱动电机带来额外的负载。

　　也可以作为驱动轮和电机输出轴直接连接，不需要额外设计复杂的连接法兰，大幅简化安装流程。从安装边界来看，这款轮体的轴向宽度控制得比较紧凑，在做整机布局的时候，只需要在轮体两侧预留出轴承或者轴套的安装空间即可，不需要给轮体本身预留过多的轴向位置，对于内部空间紧张的小型移动设备来说非常友好。很多工程师在做小型移动载具设计的时候，经常会遇到轮体选型和内部结构干涉的问题，这款轮的辐条是向内收拢的放射结构，轮盘内侧没有多余的凸起结构，在靠近轮体布置电机、电池或者控制板的时候，不需要担心零部件和轮辐发生运动干涉，能够进一步压缩整机的横向尺寸。在实际使用场景中，这类100mm直径的轮体适配的地面类型比较广泛，不管是平整的室内地坪、硬质木板地面，

　　还是略有不平整的水泥路面，都能够保持稳定的行走状态，不会因为地面的微小起伏出现卡滞。和同尺寸的实心轮相比，五星辐条的结构还有一个很实用的优势，就是轮体上的镂空区域可以方便走线或者安装光电码盘，很多做闭环移动控制的开发者，需要在轮体位置安装转速检测装置，辐条之间的空隙刚好可以让光电传感器的信号穿过，不需要额外在轮体上加工码盘安装位，直接利用辐条的遮挡就可以实现简单的转速检测，降低开发的复杂度。从结构强度的角度考量，五根辐条的均匀排布能够让轮体承受的负载均匀分散到每一根辐条上，不会出现单根辐条应力集中的问题，在额定负载范围内，即使遇到轻微的侧向冲击，轮盘也不会出现断裂或者变形的情况，完全能够满足小型移动设备的使用强度要求。

　　轮缘的接触层和内层支撑结构采用嵌套式的装配设计，在长期使用出现外层磨损之后，只需要更换外层的接触圈即可，不需要整体更换轮盘，能够降低后期的维护成本。很多教学场景下的机械结构实训，也会选用这类结构简洁的轮体作为测绘、建模的案例，它的结构特征清晰，没有过于复杂的曲面，既能够体现轮类零件的设计要点，也不会因为结构过于复杂给建模和加工带来不必要的难度。在做三维建模的时候，这款轮体的建模逻辑也很清晰，先绘制中心轮毂的回转轮廓，通过回转命令生成轮毂基础结构，再绘制单根辐条的截面轮廓，通过拉伸或者放样生成单根辐条之后，进行圆周阵列得到五根辐条的整体结构，最后绘制轮缘的双层轮廓，通过回转生成轮缘部分，再对所有的棱角位置做圆角处理，避免应力集中，整个建模过程能够很好地锻炼工程师对回转特征、阵列特征、圆角特征的综合运用能力，也能帮助初学者理解轮类零件的设计逻辑。在实际装配调试的时候，这款轮体的对中性很好，中心轴孔和轮缘的同轴度能够得到保证，安装完成之后不会出现轮体偏摆、行走走偏的问题，不需要花费过多的时间去做轮体的动平衡校正，对于非高速行走的小型设备来说，这个精度等级完全能够满足使用要求。