太空运输用非充气防滑轮组结构设计

　　这款轮体结构针对低重力、高辐照、地表存在尖锐岩屑的地外天体运输场景开发，区别于常规地面充气轮胎，整体采用无内胎实心承载架构，从根源上规避了极端温差下充气胎爆胎、慢撒气的失效风险，适配无人星球车、短途太空转运载具的移动需求。从结构分层来看，轮体最外侧的接触层采用交错式斜向肋条排布，肋条沿轮周向呈人字形交错布置，单根肋条与轮体径向呈17度夹角，相邻肋条预留3mm排屑间隙，当轮体在松散月壤、风化岩表层滚动时，斜向肋条可在接地瞬间嵌入表层松散介质，提供足够的切向抓附力，同时滚动过程中肋条间隙可自动卡入的岩屑、浮土甩出，避免异物嵌塞导致的抓地力衰减。肋条根部与轮辋主体采用一体化圆弧过渡，过渡圆角半径为2mm，可分散重载下肋条根部的应力集中，

　　经静力学仿真验证，在单轮承载120kg载荷、垂直冲击加速度15g的工况下，肋条根部最大应力为187MPa，低于常用航天铝合金的屈服强度阈值，满足地外运输的冲击载荷要求。轮体中部为实心承载基体，采用等厚度环形结构设计，基体厚度为12mm，内径与驱动轮毂的配合面设计有均匀分布的内齿结构，内齿模数为2，齿数为72，齿侧间隙控制在0.15-0.2mm区间，可与驱动轴的外齿花键实现无键连接，既传递驱动扭矩，又能保证轮体与轮毂的同轴度，避免高速滚动时的动不平衡问题。内齿结构的齿顶与轮体内壁采用斜面过渡，可在装配时起到导向作用，降低地外环境下无人装配的对位难度。轮体的安装边界方面，整体外径为320mm，轮辋内径为180mm，

　　轮体轴向宽度为80mm，安装时通过轮毂端面的6个M4均布螺纹孔实现轴向固定，螺纹孔分布圆直径为200mm，安装后轮体端面跳动量控制在0.2mm以内，径向跳动量不超过0.15mm，可适配最高12km/h的行驶速度要求。设计过程中针对太空环境的温差特性，对轮体各部分的热膨胀量做了匹配计算，外侧肋条与中部基体采用同系铝合金材料，线膨胀系数一致，避免大温差下不同结构层因膨胀量差异出现脱层、开裂问题。肋条表面做了硬质阳极氧化处理，氧化层厚度为40μm，表面硬度达到HV350以上，可抵御岩屑的磨粒磨损，同时氧化层的高辐射率特性可帮助轮体在日照面快速散热，在背阴面减少热量流失，缩小轮体整体的温差范围，降低热应力带来的结构变形风险。

　　区别于常规星球车采用的筛网轮、弹性轮结构，这款轮体的承载刚度更高，除了适配低重力天体表面的无人运输，也可用于空间站内部的重载转运推车、舱外移动平台的行走机构，在微重力环境下，轮体的刚性结构可避免弹性轮反复形变带来的金属疲劳问题，同时外侧肋条在舱内金属导轨表面行走时，也能提供足够的摩擦力，防止转运过程中出现打滑、偏移。轮体的减重设计方面，在中部承载基体的非配合区域做了环形等距减重槽，减重槽深度为5mm，槽宽为8mm，在保证整体结构刚度的前提下，将单轮重量控制在1.2kg以内，相比同尺寸实心轮减重27%，符合航天设备对重量控制的严苛要求。结构验证阶段，针对轮体的滚动阻力做了模拟测试，在模拟月壤介质上，滚动阻力系数为0.08，低于常规充气轮胎在同等介质上的滚动阻力系数，可降低运输过程中的驱动功率损耗，延长载具的续航时间。针对尖锐岩屑的穿刺工况，轮体接触层的最小厚度为8mm，可抵御直径5mm以下尖锐岩石的穿刺冲击，不会出现局部结构破损导致的功能失效。轮体与驱动轴的配合面设计有防尘密封槽，可安装聚四氟乙烯材质的防尘圈，防止月壤、岩屑进入花键配合面，避免磨粒磨损导致的传动精度下降，延长轮组的维护周期。