带星形轮毂的管状橡胶滚轮结构设计

　　这款管状滚轮的结构设计，最初是针对轻型移动工装、小型输送线辅助支撑场景做的适配方案，日常在车间内的轻型物料周转车、小型自动化设备的辅助行走端、工位器具的移动支撑位都能见到这类结构的应用，区别于重型脚轮的重载设计，这款轮体更偏向低载荷、平稳滚动的使用需求，轮面采用管状橡胶结构，滚动过程中能吸收小幅路面震动，避免硬质轮面对车间环氧地坪造成刮擦损伤，同时橡胶材质的摩擦系数适中，在平整的车间地面、输送线导轨面滚动时不会出现打滑偏移的问题。

　　从结构拆分来看，整个轮体分为外层橡胶胎体与内部星形轮毂两个核心部分，外层胎体做了等距的环形分段切面设计，并非完全光滑的圆柱面，这种切面结构一方面能在滚动时排出轮面与接触面之间的空气，避免光滑轮面在平整亚克力、钢板表面形成真空吸附导致滚动阻力增大，另一方面分段的切面也能提升胎体的形变能力，在经过地面小幅凸起、接缝位置时，胎体可以通过局部形变缓冲冲击，不会出现硬轮那样的跳动问题。内部的星形轮毂采用三辐式镂空结构，三个辐条之间形成均匀的减重空腔，在保证轮毂支撑强度的前提下尽可能降低了轮体自身重量，轮毂中心的通孔为安装轴孔，轴孔周边做了加厚的环形凸台，用来承受安装轴传递的径向载荷，避免轴孔位置在长期受力后出现开裂变形。

　　做结构设计的时候，首先要考虑的是轮体的安装边界，轮毂中心轴孔的直径要匹配常用的轻型滚轮安装轴径，轴孔的长度要和安装支架的夹片宽度适配，避免安装后出现轴向窜动；轮体的整体外径要匹配对应安装支架的安装高度，保证安装后设备底部距离地面的高度符合设计要求，不会出现底盘过低刮擦地面、或者过高导致设备重心不稳的问题。轮毂的辐条做了圆弧过渡处理，没有尖锐的直角结构，一方面是避免注塑或者机加工过程中出现应力集中，提升轮毂的结构强度，另一方面也能减少轮体滚动过程中的风阻，虽然低速滚动下风阻的影响微乎其微，但对于高速运转的输送线辅助滚轮来说，平滑的辐条表面能减少积灰，日常清洁维护更方便。

　　外层橡胶胎体和内部轮毂的配合采用过盈压装的方式，胎体内径比轮毂的配合外径小0.2-0.3mm，压装后依靠橡胶的抱紧力实现两者的固定，不需要额外添加粘接剂或者固定螺丝，装配流程简单，后期如果胎体出现磨损，只需要用工具将旧胎体撬下，压装新的胎体即可完成更换，不需要整体更换整个轮体，能降低后期的维护成本。胎体的橡胶硬度选择邵氏65-70度的区间，这个硬度的橡胶既具备足够的支撑能力，在额定载荷下不会出现过度形变导致滚动阻力增大，又能保留足够的弹性，起到缓冲减震的作用，适合在室内平整地面长期使用。

　　在实际选型应用的时候，要注意这款轮体的适用载荷范围，单轮的额定静载荷在15-20kg区间，适合轻型设备、小型周转车使用，如果用在重载场景下会导致胎体过度形变，甚至出现轮毂开裂的问题。轮体的滚动阻力系数在0.02-0.03之间，在平整钢板地面上推动时非常顺滑，不需要施加太大的推力就能让设备移动，适合用在需要频繁移位的轻型工位器具上。另外星形轮毂的三个辐条是均匀120度分布的，在滚动过程中三个辐条交替承受径向载荷，受力分布均匀，不会出现某一个位置长期受力导致疲劳变形的问题，长期使用后轮毂的圆度保持性更好，不会出现滚动偏心、晃动的问题。

　　设计过程中也考虑过采用实心轮面的结构，但实心橡胶轮的重量更大，而且形变能力不如管状结构，缓冲效果差，最终选择管状胎体的方案，既能保证缓冲性能，又能减少橡胶材料的使用，降低零件成本。轮毂的材质选择常用的工程塑料或者压铸铝合金都可以，如果是对重量要求更高的场景，可以选择尼龙加纤的塑料材质，自身重量更轻，而且具备足够的结构强度；如果是使用环境温度较高、或者有一定腐蚀的场景，可以选择压铸铝合金材质，耐温耐腐蚀性更好。安装的时候，中心轴和轴孔之间可以添加一个小的滑动轴承，降低轴和孔之间的摩擦，提升轮体滚动的顺畅度，同时也能减少轴孔的磨损，延长轮体的使用寿命。