辐条式重载行走轮机械结构设计

　　在车间重载转运台车、轨道牵引平板车、老式工业绞车以及低速重载输送辊道的行走端，这类大直径辐条轮承担着整台设备的全部竖向载荷，同时还要把驱动端的扭矩平稳传递到接触面，避免轮体在长期交变载荷下出现轮缘开裂、轮毂松脱或者辐条疲劳断裂的问题。从现场使用工况倒推结构设计，首先要明确轮体的受力边界：轮缘外圈直接和轨道面或者硬化地面接触，既要承受径向的整车重量，还要在启停、转向时承受切向摩擦力，部分带侧向导向的工况下，轮缘侧面还会受到轨道挡边的横向挤压，因此外圈不能做成单薄的等厚圆环，图中轮体采用宽幅实心轮缘结构，轴向宽度预留足够接触面积，降低接触面压，防止长期运行后轨道表面出现压痕或者轮缘局部磨损过快。轮体中部的轮毂是和转轴配合的核心部位，

　　中心加工出贯通轴孔，轴孔和车轴之间一般采用过渡配合或者键连接，轮毂轴向长度要大于轴径的1.2倍以上，保证配合段的接触长度足够，避免转轴在孔内出现晃动、偏载，轮毂两端的凸台结构还可以对两侧的轴承或者轴套起到轴向定位作用，装配时轴承内圈贴紧凸台端面，就能限制轮体的轴向窜动，不需要额外加装过多定位挡圈。连接轮毂和外圈轮缘的多根辐条采用放射状均匀排布，一共十二根辐条沿圆周方向等角度分布，这种布局的优势在于任意角度下至少有三根辐条同时承担载荷，轮体转动过程中载荷传递不会出现明显的刚度突变，运转起来比少辐条的轮体更平稳，不会在重载滚动时产生周期性的振动。辐条本身采用变截面设计，靠近轮毂的位置截面厚度更大，向外延伸到轮缘处逐渐过渡收窄，这和辐条的实际受力分布完全匹配：轮毂位置是所有辐条应力汇聚的区域，弯矩最大，加大截面厚度可以有效降低应力集中，而靠近轮缘处辐条主要承受拉力和小幅弯矩，适当收窄既可以减轻轮体整体自重，又能给辐条之间留出足够的镂空空间，方便后期清理轮体内部积存的泥沙、碎屑，也便于检修人员观察辐条根部是否出现细微裂纹。做三维建模的时候，首先要先确定轮体的核心安装尺寸：先根据整车满载重量算出单轮承载，再选定轮体的外径，大直径轮的越障能力更强，跨过轨道接缝、地面小凸起的时候冲击更小，适合低速重载的使用场景；之后确定轮毂轴孔的直径，要和所选车轴的直径匹配，轴孔的公差带根据配合方式选定，如果是和转动轴固连、轮体随轴一起转动，就选稍紧的过渡配合，

　　如果是轮体绕固定心轴转动，轴孔内要预留安装轴承的空间，把轴承座的止口尺寸直接做在轮毂内孔里。轮缘的径向厚度要根据接触压应力校核，保证在满载工况下轮缘的弯曲变形量在允许范围内，不会因为变形过大导致辐条根部被拉扯开裂。辐条的排布角度要严格保证圆周等分，每根辐条的中心线都要穿过轮体的回转中心，避免出现偏心质量，做完模型之后要对轮体做质量属性检查，确认质心和回转中心重合，不然高速转动时会产生额外的离心振动。装配关系上，轮体装入车架之后，两侧要预留出和车架侧板的间隙，间隙值控制在几毫米即可，既不能太小导致轮体转动时摩擦侧板，也不能太大导致轮体轴向窜动量超标；轮缘的外侧如果是在轨道内运行，轮缘的宽度要比轨道顶面宽度稍窄，两侧留出少量间隙，

　　防止轮体啃轨。这类辐条轮和实心轮相比，自重更轻，转动惯量更小，驱动它转动需要的启动力矩更低，对于人力推动的台车或者小功率驱动的绞车来说，操作起来更省力，同时镂空的辐条结构散热条件更好，长时间连续运行时，轮体和轨道摩擦产生的热量可以快速从辐条间隙散出，不会像实心轮那样热量积聚在轮体内部，导致配合部位温度升高、润滑脂失效。在设计细节上，所有辐条和轮毂、轮缘连接的位置都要做圆角过渡，绝对不能留下尖锐的直角拐角，直角位置在交变载荷长期作用下会产生严重的应力集中，是疲劳裂纹最先萌生的位置，建模时把拐角处的圆角半径取为辐条厚度的五分之一左右，就能大幅降低局部应力峰值。轮体的两个端面都保持平整，没有多余的凸起结构，方便后期在端面加装制动盘或者传动链轮，不需要额外对轮体端面进行二次加工。实际选型的时候，如果应用在粉尘较多的矿山、建材车间，还可以在辐条的镂空位置加装薄防护网，防止大块碎石卡进辐条间隙，同时不会过多影响轮体的散热效果；如果应用在对运行平稳性要求更高的室内输送线，可以在轮缘外圈包覆一层聚氨酯材料，进一步降低运行噪音，增大和接触面的摩擦力，减少打滑概率。整个轮体的结构完全对称，建模完成后可以直接做圆周阵列生成所有辐条，修改参数的时候只需要调整轮径、轴孔直径、辐条数量这几个核心参数，就能快速衍生出不同承载等级的系列化轮组，适配不同吨位的转运设备。