专利名称：力矩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及旋转体相互作用力矩的测量装置，特别涉及一种用于机械传动过程如自行车和轮椅的力矩测量的力矩传感器。
为了保护环境，国内外市场上出现了大量形式繁多的无废气排放的电动助动自行车。许多国家和地区规定，仅电力驱动而无须人力作用的电动助动自行车归属为机动车辆，而电动助动自行车则必须有人力作用，电动系统仅给予动力补充，这就是真正意义上的电动助动自行车，同时对人力与电力的作用比例作出了相应规定。为了能使电动系统按比例给出动力补充，从静态开始后(包括静态)的每一瞬间都必须测量出人的作用力矩，因此，电动助动自行车必须配备力矩测量装置。
对于类似于电动助动的健身器材或轮椅等，使用者需要了解自身的体能作用状况，在产品上也应配备这方面的力矩测量装置。
而现有的力矩传感器则存在着如下不足之处1、采用传统复杂的传感原理，如应变电阻形式。其产品本身制造工艺复杂，成本高，调试困难；产品对实际工作环境要求高；产品实际安装需对传动装置(如自行车中轴葫芦部分)实施改装，难以普遍适用于各种车型。
2、采用近似的传感原理，如链条张紧轮和中轴偏心轮方式。其缺点是力矩的实际测量环节不稳定，存在着许多随机因素而影响到测量结果；后继电路修正补偿无法完全描述工作状况。
3、采用整体的设计方法，即对每一种车型都需要整体设计安装传感装置，制造成本高。事实上，对于每一个随意的车型而言，它已不可能作为一个独立的力矩传感器而存在并应用。
本实用新型的目的是提供一种改进的力矩传感器，它无须对自行车、轮椅的传动装置实施改装，安装应用于各种车型上进行力矩测量，可方便地实现传感作用。
本实用新型所述的一种力矩传感器安装在自行车中轴上，它包括一前盖，一通过螺钉与前盖固紧的后盖，一在前盖和后盖中心设置的方榫孔状凸轮，一套装在方榫孔状凸轮上的向心推力轴承，二个以上镶嵌装于后盖上的导杆连同套装在导杆上的弹簧，一镶嵌装于向心推力轴承中衬垫上的位移钉，以及安装在位移钉表面的位移信号转换器；所述向心推力轴承包括一套装在方榫孔状凸轮上的衬套，一安装在衬套内侧并穿装于导杆上的衬垫，以及一圈设置在衬垫上并搁置在后盖的钢球轴肩上的沿圆周排列的衬垫钢球；所述衬套上镶嵌装有凸轮触头，衬套上还装有可限制方榫孔状凸轮向外轴向位移的限位钉；所述后盖上装设有后盖钢球，后盖钢球与后盖和方榫孔状凸轮构成一端面推力轴承。
本实用新型可直接安装在各种车型的自行车、轮椅的中轴上，无须对其传动装置实施改装，其结构紧凑、体积小，安装方便；其制造工艺简单，制造成本低，调试简便、稳定；能按照完全精确的原理用于车辆的力矩测量，其测量环节固定、可靠且稳定，测量结果精确而无须后继电路附加修正补偿，从而有效地实现力矩传感功效。
以下结合附图对本实用新型作详细说明。
图1是一种力矩传感器与自行车传动装置的安装分解示意图。
图2是上述力矩传感器与自行车传动装置安装后的结构示意图。
参看图1和图2，一种力矩传感器安装在自行车中轴上，它包括一前盖1，一通过螺钉21与前盖1固紧的后盖2，一在前盖1和后盖2中心设置的方榫孔状凸轮3，一套装在方榫孔状凸轮3上的向心推力轴承，二个以上镶嵌装于后盖2上的导杆4连同套装在导杆4上的弹簧5，一镶嵌装于向心推力轴承中衬垫8上的位移钉6，以及安装在位移钉6表面的位移信号转换器7。
向心推力轴承包括一套装在方榫孔状凸轮3上的衬套8，一安装在衬套8内侧并穿装于导杆4上的衬垫9，以及一圈设置在衬垫9上并搁置在后盖2的钢球轴肩上的沿圆周排列的衬垫钢球10。
二个以上导杆4镶嵌在后盖2上，弹簧5套装在导杆4上，衬垫9也穿装于导杆4上，当衬垫9受力后便产生轴向位移而压缩弹簧5，此时将力传给了弹簧5。设置导杆4的数量可根据实际情况即测量性能和结构参数来定。
衬套8上镶嵌装有凸轮触头11。衬套8上还装有可限制方榫孔状凸轮3向外轴向位移的限位钉12。
前盖1通过与衬套8的共同的圆锥面而形成封闭结构，它能对内部结构进行保护和防尘，还能限制衬套8向外轴向位移。
后盖2上装设有后盖钢球13，后盖钢球13与后盖2和方榫孔状凸轮3构成一端面推力轴承。
方榫孔状凸轮3的外侧设有可穿装限位钉12于衬套8上的阶梯状槽孔，还设有可嵌装凸轮触头11的槽孔。限位钉12通过其钉帽卡在方榫孔状凸轮3外侧的阶梯状槽孔内，从而限制了方榫孔状凸轮3向外轴向位移即脱落，实现了结构封闭。方榫孔状凸轮3的凸轮面31呈斜面状。通过控制方榫孔状凸轮3外沿槽孔的宽度，可以控制衬套8与方榫孔状凸轮3之间的相对转角的大小，以防止凸轮触头11从方榫孔状凸轮3的凸轮斜面31滑出，造成传感器失效。
方榫孔状凸轮3的内侧为可套装于自行车中轴41上的凹槽。
本实用新型作为测量环节时的工作过程如下当方榫孔状凸轮3通过凸轮斜面31与凸轮触头11间精确的力作用点时，将力传递给凸轮触头11，由此产生力矩驱动衬套8、自行车链轮42旋转，由于凸轮斜面31的作用，方榫孔状凸轮3对凸轮触头11及衬套8的作用力经分解后，产生向传感器结构内向的轴向力，即衬套8受到向结构内向的轴向压力。
衬套8通过衬垫钢球10将受到的轴向压力传递给衬垫9，衬垫9受力后对弹簧5、导杆4产生作用，即衬垫9沿着导杆4将轴向压力传递给弹簧5，弹簧5受力后发生变形，使衬垫9产生可测量的轴向位移。
同时，镶嵌在衬垫9上的位移钉6产生同样的位移，成为一个位移量值的输出端。
由于自行车曲柄45的长度、方榫孔状凸轮3的凸轮斜面31参数和作用半径、弹簧5的结构和刚性参数是已知的，因此位移钉6轴向位移的大小就准确反映了人力给予自行车驱动力的大小。
通过在位移钉6表面所装的位移信号转换器7，可将位移钉6的轴向位移量即驱动力的量值转换成电量，供后继控制、显示之用。
使用时，将本实用新型安装到自行车上，先在自行车链轮42上预制三个可穿过螺钉43的小孔，将自行车链轮42的中心孔套装到方榫孔状凸轮3上并与衬套8贴平，使自行车链轮42上的三个小孔与衬套8上的三个螺孔对准，用螺钉43将自行车链轮42与衬套8固定。
将方榫孔状凸轮3的方孔对准自行车中轴41的方榫，再将本实用新型套装到自行车中轴41上，使其后盖2与自行车中轴葫芦44的平面贴平。
将自行车曲柄45内孔中的方孔对准自行车中轴41的方榫，再将自行车曲柄45套装到自行车中轴41上，并与方榫孔状凸轮3接触。然后用螺母46拧到自行车中轴41上并加以拧紧，使得自行车中轴葫芦44的平面与2后盖、自行车曲柄45与方榫孔状凸轮3相互间保持具有一定压力的接触。
本实用新型的工作过程如下当骑车人用力踏动自行车踏板时，由于自行车曲柄45具有一定的长度，人力造成了一定的力矩，驱动自行车曲柄45绕着自行车中轴41轴心线旋转，使得该力矩完全传递给方榫孔状凸轮3。方榫孔状凸轮3通过凸轮斜面31与凸轮触头11间精确的力作用点，将力传递给凸轮触头11。方榫孔状凸轮3传递给凸轮触头11的力对自行车中轴41轴心线所产生的力矩，驱动了自行车链轮42和衬套8的旋转，进而使自行车链轮42带动链条而驱动自行车行进。
本实用新型安装在自行车、电动助动自行车上的实施例最为典型，其实施方案与应用于轮椅的实施方案完全类似。
权利要求1．一种力矩传感器，它安装在自行车中轴上，其特征在于，它包括一前盖，一通过螺钉与前盖固紧的后盖，一在前盖和后盖中心设置的方榫孔状凸轮，一套装在方榫孔状凸轮上的向心推力轴承，二个以上镶嵌装于后盖上的导杆连同套装在导杆上的弹簧，一镶嵌装于向心推力轴承中衬垫上的位移钉，以及安装在位移钉表面的位移信号转换器；所述向心推力轴承包括一套装在方榫孔状凸轮上的衬套，一安装在衬套内侧并穿装于导杆上的衬垫，以及一圈设置在衬垫上并搁置在后盖的钢球轴肩上的沿圆周排列的衬垫钢球；所述衬套上镶嵌装有凸轮触头，衬套上还装有可限制方榫孔状凸轮向外轴向位移的限位钉；所述后盖上装设有后盖钢球，后盖钢球与后盖和方榫孔状凸轮构成一端面推力轴承。
2．根据权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于，所述方榫孔状凸轮的外侧设有可穿装限位钉于衬套上的阶梯状槽孔，还设有可嵌装凸轮触头的槽孔。
3．根据权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于，所述方榫孔状凸轮的内侧为可套装于自行车中轴上的凹槽。
4．根据权利要求1所述的力矩传感器，其特征在于，所述方榫孔状凸轮的凸轮面呈斜面状。
专利摘要本实用新型涉及一种力矩传感器,它包括一前盖,一后盖,一在前盖和后盖中心设置的方榫孔状凸轮,一套装在方榫孔状凸轮上的向心推力轴承,二个以上装于后盖上的导杆连同弹簧,一装于向心推力轴承中衬垫上的位移钉,以及安装在位移钉表面的位移信号转换器。向心推力轴承中的衬套上装有凸轮触头,衬垫上装有可限制方榫孔状凸轮向外轴向位移的限位钉。后盖上装设有后盖钢球。本实用新型可安装在自行车、轮椅的中轴上,可有效地实现力矩传感功效。
文档编号G01L5/00GK2434640SQ00217870
公开日2001年6月13日 申请日期2000年6月1日 优先权日2000年6月1日
发明者叶雪峰, 孙学伟 申请人:叶雪峰, 孙学伟