定向脚轮
1. 总体定义: 定向脚轮 / 固定脚轮 (Rigid / Fixed Caster): 一种单自由度(1-DOF)的完整约束运动学组件。
运动逻辑: 仅保留绕水平轮轴的滚动自由度 (Rolling),几何上消除了绕垂直轴的旋转自由度。
力学功能: 通过结构刚性强制设备沿特定矢量方向运动,提供航向稳定性 (Course Stability),并作为转向机动时的瞬时旋转中心 (ICR) 约束点。
运动逻辑: 仅保留绕水平轮轴的滚动自由度 (Rolling),几何上消除了绕垂直轴的旋转自由度。
力学功能: 通过结构刚性强制设备沿特定矢量方向运动,提供航向稳定性 (Course Stability),并作为转向机动时的瞬时旋转中心 (ICR) 约束点。
2. 结构参数与组件
H 总高度 (Overall Height): 定义: 安装基准面(支架顶面)至车轮接地面 (Contact Patch) 的垂直距离。
公差控制: 在与万向轮混用的混合布局中,该尺寸的公差必须严格匹配 ($\Delta H \to 0$),以防止出现静不定结构下的“虚腿”现象,确保牵引力的有效传递。
公差控制: 在与万向轮混用的混合布局中,该尺寸的公差必须严格匹配 ($\Delta H \to 0$),以防止出现静不定结构下的“虚腿”现象,确保牵引力的有效传递。
1 定向支架 / 刚性叉架 (Rigid Housing / Yoke): 定义: 集成了安装接口与轮轴支撑臂的一体化刚性结构(通常为冲压或焊接成型)。
安装接口 (Mounting Interface): 对应俯视图中的 $A \times B$ (底板尺寸) 与 $a \times b$ (孔距)。该界面通过螺栓群连接,负责将设备载荷传递至腿部。
结构力学: 作为主要的受力构件,它不同于万向轮的叉架,必须具备极高的侧向刚度 (Lateral Stiffness)。在转向或侧向撞击时,该组件直接承受巨大的侧向剪切力 ($F_{shear}$) 和侧倾力矩 ($M_x$),需防止因弹性形变导致的轮外倾角 (Camber) 改变。
安装接口 (Mounting Interface): 对应俯视图中的 $A \times B$ (底板尺寸) 与 $a \times b$ (孔距)。该界面通过螺栓群连接,负责将设备载荷传递至腿部。
结构力学: 作为主要的受力构件,它不同于万向轮的叉架,必须具备极高的侧向刚度 (Lateral Stiffness)。在转向或侧向撞击时,该组件直接承受巨大的侧向剪切力 ($F_{shear}$) 和侧倾力矩 ($M_x$),需防止因弹性形变导致的轮外倾角 (Camber) 改变。
2 轮轴 (Axle / Spanner): 定义: 车轮的旋转中心轴及紧固件组件。
载荷分析: 连接支架两臂形成双支点简支梁结构。在定向轮工况下,轮轴除了承受垂直弯曲应力外,还是抵抗侧向载荷的关键剪切销 (Shear Pin),需具备高抗剪强度以防止断裂失效。
载荷分析: 连接支架两臂形成双支点简支梁结构。在定向轮工况下,轮轴除了承受垂直弯曲应力外,还是抵抗侧向载荷的关键剪切销 (Shear Pin),需具备高抗剪强度以防止断裂失效。
3 车轮 (Wheel): 定义: 滚动接触体。
摩擦学: 将接触面的滑动摩擦转化为滚动摩擦。
应力状态: 在定向轮上,车轮除了承受径向赫兹接触应力外,还需在转向过程中(特别是强行差速转向时)承受明显的轴向推力 (Axial Thrust),这对轮毂轴承的轴向承载能力提出了要求。
摩擦学: 将接触面的滑动摩擦转化为滚动摩擦。
应力状态: 在定向轮上,车轮除了承受径向赫兹接触应力外,还需在转向过程中(特别是强行差速转向时)承受明显的轴向推力 (Axial Thrust),这对轮毂轴承的轴向承载能力提出了要求。
