動物足底和沙土間附著系數多角度測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種動物足底和沙土間附著系數的測量裝置，即一種沙土表面附著力的測量裝置。
【背景技術】
[0002]輪胎與沙地面間的附著系數直接反映著車輛在沙地面上的通過能力。目前提高附著系數的主要是從輪胎接地面積和胎面花紋等方面入手，但是在沙漠等極端環境下，輪胎與沙地面的附著系數的提高遇到了瓶頸。
[0003]大自然中存在很多能在沙地上快速奔跑的動物，比如鴕鳥、沙漠蜥蜴等。人類開始求助于大自然，從大自然中獲取靈感，試圖通過工程學仿生技術來提高輪胎與沙地面的附著力。工程仿生技術依賴于動物足底在沙土上附著系數的大小作為設計參考。因此，急需一種能夠測量多角度動物足底/沙土附著系數的裝置。
[0004]目前對摩擦力的測量裝置有很多，但多數用于金屬或者非金屬材料的表面，而且達到了很高的測量精度。例如專利申請號為:CN201410165816.X，名稱為直線導軌摩擦力及制造安裝誤差綜合測量裝置的發明專利申請文件中公開的技術方案，可以實現不同運動速度及不同受載作用下的滑塊動態摩擦力的測量。生物體并不像非生物材料，可以制作成任何適合固定的形狀以便于測量，目前尚未檢索到生物足底與沙地面之間相互作用力測量的專用裝置。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種測量結果精確，結構簡單，測量方法方便的動物足底在沙土面上附著力的多角度測量裝置。
[0006]本發明包括沙地面形成裝置、力和位移測量裝置和動物足部固定裝置，其中沙地面形成裝置包括底板、滾軸限位板、滾軸、軸承端蓋、支撐桿、可調軸承支架、限位軸承和土槽，軸承限位板固定在底板上，五根滾軸均勻安裝在軸承限位板上，并用軸承端蓋限定滾軸的軸向運動。四根支撐桿垂直固定在底板上，支撐桿上安裝有可調軸承支架，可調軸承支架上安裝有限位軸承，將土槽放在滾軸上時，通過調節限位軸承可以保證土槽在受力方向運動而不發生大的偏轉；
[0007]動物足部固定裝置包括可拆分式法蘭盤、活動圓盤、固定圓盤、直線軸承和光軸，四根支撐桿的頂端用螺紋固定了一個底座，底座上安裝有三根光軸，裝有直線軸承的活動圓盤套在三根光軸上，以保證活動圓盤能夠上下運動；將可拆分式法蘭盤拆開成三片，把動物足放入之后合并成完整形狀，將可拆分式法蘭盤用螺絲固定在活動圓盤上，這就保證了動物足能夠在豎直方向的運動；
[0008]力和位移測量裝置包括帶力傳感器的水平加載機構、帶力傳感器的垂直加載機構和兩個位移傳感器，在與滾軸垂直方向設有帶力傳感器的水平加載機構，帶力傳感器的水平加載機構是由通過定滑輪改變加載方向的萬能試驗機和一個S型力學傳感器組成，通過鋼絲繩牽引，實現水平方向低速加載并測得拉力的變化；鋼珠上方豎直方向設有帶力傳感器的垂直加載機構，帶力傳感器的垂直加載機構是由一個萬能試驗機和一個S型力學傳感器組成，實現垂直方向的恒力加載；兩個位移傳感固定在倒L型板上，倒L型板固定在滾軸限位板的一端，位移傳感器與土槽的側面緊密接觸，能夠測到土槽微小的位移。為了消除因為力矩存在而導致土槽在滑動方向兩側的位移差異，取兩個位移傳感器的讀數和的均值會更接近于土槽的真實位移。
[0009]在固定好的可拆分式法蘭盤上固定有兩塊有凸臺的可拆分式支撐板，可拆分式支撐板的上端固定有支撐板端蓋，支撐板端蓋上固定有具有圓柱形凹槽的下圓柱凹槽，下圓柱凹槽里放有鋼珠，并用有圓柱形凹槽的上圓柱凹槽作為壓板。垂直方向的力直接加載到鋼珠上而不是動物足上。鋼珠配合下圓柱凹槽和上圓柱凹槽，能夠將來自帶力傳感器的垂直加載機構的力能夠垂直地加載到動物足部上。此時無論帶力傳感器垂直加載機構的上圓柱凹槽的下端是否是處于水平位置還是與水平面有微小的角度，鋼珠的存在能夠將載荷調節到垂直位置。
[0010]可拆分式法蘭盤上具有多個螺紋孔，活動圓盤上有環形凹槽，在一次測量后，松開固定螺絲，使可拆卸式法蘭盤相對于活動圓盤發生相對轉動后固定，這樣就能實現動足軸(規定足尖和足跟的直線方向為足軸方向)與土槽相對運動方向的角度能夠改變，設計目標是每轉動十度完成一次測量，動物足轉動一周可完成三十六次測量。
[0011]本發明的工作過程:
[0012]先在土槽中準備好要測試的地面環境，再將動物足用速干水泥固定于可拆分式法蘭盤中，并將法蘭盤固定在活動圓盤上上，將位移傳感器清零，先在垂直方向給動物足加載，然后再在土槽上緩慢施加水平加載。即可得到水平方向力與位移的變化關系，用水平力的最大值除以動物足底所受最大的力即為動物足在沙地上的附著系數。
[0013]本發明在測量附著力時，由于加載的速度非常小(2mm/min)，因此慣性力沒有影響。裝置的結構簡單，測量方便。
【附圖說明】
[0014]圖1是發明的軸測圖。
[0015]圖2是發明的側視圖。
【具體實施方式】
[0016]請參閱圖1和圖2所示，本實施例本發明包括沙地面形成裝置、力和位移測量裝置和動物足部固定裝置，其中沙地面形成裝置包括底板1、滾軸限位板2、滾軸3、軸承端蓋4、支撐桿9、可調軸承支架5、限位軸承6和土槽8，軸承限位板2固定在底板I上，五根滾軸3均勻安裝在軸承限位板2上，并用軸承端蓋4限定滾軸3的軸向運動。四根支撐桿9垂直固定在底板上，支撐桿9上安裝有可調軸承支架5，可調軸承支架5上安裝有限位軸承6，將土槽8放在滾軸3上時，通過調節限位軸承6可以保證土槽8在受力方向運動而不發生大的偏轉；
[0017]動物足部固定裝置包括可拆分式法蘭盤15、活動圓盤11、固定圓盤12、直線軸承14和光軸13，四根支撐桿9的頂端用螺紋固定了一個底座10，底座10上安裝有三根光軸13，裝有直線軸承14的活動圓盤11套在三根光軸13上，以保證活動圓盤11能夠上下運動；將可拆分式法蘭盤15拆開成三片，把動物足放入之后合并成完整形狀，將可拆分式法蘭盤15用螺絲固定在活動圓盤11上，這就保證了動物足能夠在豎直方向的運動；
[0018]力和位移測量裝置包括帶力傳感器的水平加載機構21、帶力傳感器的垂直加載機構22和兩個位移傳感器7，在與滾軸3垂直方向設有帶力傳感器的水平加載機構21，帶力傳感器的水平加載機構21是由通過定滑輪改變加載方向的萬能試驗機和一個S型力學傳感器組成，通過鋼絲繩牽引，實現水平方向低速加載并測得拉力的變化；鋼珠19上方豎直方向設有帶力傳感器的垂直加載機構22，帶力傳感器的垂直加載機構22是由一個萬能試驗機和一個S型力學傳感器組成，實現垂直方向