一种压力测量装置的制作方法

本发明属于传感器领域，尤其涉及一种压力测量装置。

背景技术：

压力传感器是最常用的传感器之一，按照原理可分为应变片式和弹簧式等，但现有的压力传感器，通常要求被测物体与传感器相对固定，在被测物体移动的情况下，传统的传感器无法良好实现测量，比如应变片的触点需要导线连接，在轴旋转时，通常无法使用或利用滑环进行连接，但此时，传感器寿命将受到滑环等构建的影响，可靠性不佳，缺乏一种适用于运转或移动情况下的压力测量装置。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的不足本发明提供一种压力测量装置，通过将传感器外置，并利用转动或移动的组件受压对固定组件造成的压力进行测量，以间接测量的方式，解决现有直接测量方式中，传感器无法布置或寿命受限的问题。

为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种压力测量装置，包括轴承、轴承套和力传感器，轴承设置在轴承套内，力传感器设置在轴承的外圈外侧或设置在轴承套上。

进一步的，轴承套设置有轴承安装位和力传感器安装位，轴承安装位和力传感器安装位分别设置在隔板两侧或轴承安装位和力传感器安装位直接相连。

进一步的，当力传感器设置在轴承上时，所述轴承的外圈外侧贴合设置有力传感器，所述外圈还设置有键槽，并且在所述轴承套的相应位置设置有与所述外圈的键槽所匹配的键槽。

进一步的，轴承还设置有支撑架和防尘盖。

进一步的，所述轴承安装位为圆孔，所述键槽与力传感器安装位相对布置，所述力传感器安装位为槽状，该槽状力传感器安装位与轴承安装位的圆孔连接处相切或设置有圆弧倒角。

进一步的，轴承安装位的圆孔对轴承的包覆角度不小于181°。

进一步的，当力传感器设置在轴承套上时，轴承安装位为圆孔，轴承安装位外侧设置有力传感器安装位，力传感器安装位与轴承安装位依靠隔板连接，传感器安装位为槽或孔，传感器安装位与轴承安装位相邻一侧设置成圆弧状，且与轴承安装位同轴布置，力传感器设置在隔板上。

进一步的，隔板与轴承套一体化制造或作为插接板插在轴承套内，力传感器安装位宽度与轴承安装位的直径相同。

进一步的，力传感器为应变片。

进一步的，还包括线路板，所述线路板外置或设置在力传感器安装位内，线路板与力传感器连接。

进一步的，所述轴承为深沟球轴承、滚子轴承、推力轴承或调心轴承中的一种。

进一步的，轴承游隙不大于0.5mm。

一种中轴力矩传感器，使用本发明的压力测量装置。

本发明的有益效果为：

1)通过将力传感器贴在轴承外圈或将力传感器设置在轴承套上，使用间接测量的方式测量拉力，结构简单，成本低廉。

2)通过将压力测量装置设置在固定组件上，不影响设备的正常运转，同时能保证较为准确的计量值。

3)通过设置传感器安装位，避免力传感器安装干涉并通过设置键来固定轴承，实现轴承的良好固定。

4)通过合理的设置轴承包覆角度和隔板厚度，既保证了轴承安装的可靠性和稳定性，又能良好控制固定组件形变，控制力的测量范围，并保持较高的灵敏度。

附图说明

图1为本发明一种压力测量装置的第一实施例结构示意图；

图2为本发明一种压力测量装置具有整体轴承套的结构示意图；

图3为本发明一种压力测量装置第二实施例的结构示意图；

图4为本发明一种压力测量装置的轴承结构示意图；

图5为本发明一种压力测量装置应用于自行车中轴时的结构示意图；

图6为本发明一种压力测量装置的一轴承结构构示意图；

附图中各标注名称如下：1、轴承；2、轴承套；3、力传感器；4、线路板；5、传感器安装位；6、内圈；7、外圈；8、滚动体；9、键槽；9-1轴承套键槽；10、螺纹连接部；11、唇口；12、轴承安装位。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种压力测量装置，包括轴承1、轴承套2和力传感器3，轴承1设置在轴承套2内，力传感器3设置在轴承1的外圈7外侧或设置在轴承套2上，轴承套2设置有轴承安装位和力传感器3安装位，轴承安装位和力传感器3安装位分别设置在隔板两侧或轴承安装位和力传感器3安装位直接相连。

第一实施例

请参阅图1和图2：

一种压力测量装置，包括轴承1、轴承套2和力传感器3，轴承1设置在轴承套2内，力传感器3设置在轴承套2上，轴承套2设置有轴承安装位12和力传感器3安装位，轴承安装位12和力传感器3安装位分别设置在隔板两侧，具体为:

请参阅图1，轴承套2可以为任意形状，轴承套2设计有一个椭圆形孔或其他不规则的弧形孔，通过隔板形成一个圆形的轴承安装位12和一个传感器安装位5，轴承安装位12和传感器安装位5依靠隔板分隔，该隔板为弧形，隔板外径大于轴承1的外径，且该隔板可插入轴承套2，并与该轴承套2的对应部分紧密配合，隔板与轴承套2共同组成圆形的轴承安装位12，图中，该隔板为等厚度的匀质弧形板，当然为获得不同的测量性能，可根据需要改变该隔板各处的厚度，本实施中，轴承安装位12内设置有轴承1。该轴承1为普通轴承1，比如深沟球轴承1，滚子轴承1、推力轴承1、调心轴承1等，在此不加以限制。

轴承套2与隔板还形成有另一个传感器安装位5，用于设置力传感器3和放置线路板4，其中力传感器3设置在隔板外侧并紧贴在隔板表面设置，力传感器3可选用应变片或弹簧式压力传感器3，本实施例中，力传感器3为应变片。需要注意的是，为了获得更好的性能，力传感器3安装位的宽度与轴承1的外径相同，力传感器3的边缘设置圆弧倒角，以减少应力集中现象，导致压力测量装置失效。传感器安装位5中可设置线路板4，该线路板4为放大器或其他信号处理单元，当然，线路板4也可外置，并通过导线与设置在隔板上的应变片连接。

此外为保证隔板的安装和正常工作，隔板两端应留出适当长度并与轴承套2良好固定。

请参阅图2，相比如图1所示的实施例，图2中，将隔板与轴承套2一体化设计，可通过铸造切削等方式直接制造，简化制造工艺，降低成本。

第二实施例，

请参阅图3和图4，

一种压力测量装置，包括包括轴承1、轴承套2和力传感器3，轴承1设置在轴承套2内，力传感器3设置在轴承1外侧，轴承套2设置有轴承安装位12和力传感器3安装位，轴承安装位12和力传感器3安装位不通过隔板直接相连，具体为:

请参阅图3，轴承套2可以为任意形状，轴承套2设计有一个椭圆形孔或其他不规则的弧形孔，该弧形或椭圆形孔为由圆形的轴承安装位12和一个传感器安装位5复合并直接连接形成。其中，轴承安装位12为大半个圆，轴承安装位12可以对轴承1形成半包覆结构，在轴承安装位12上设置有轴承套键槽9-1，该轴承套键槽9-1可设置在轴承安装位12的任意位置，最佳的，该键槽9与轴承安装位12的开口相对布置，轴承安装位12与轴承1的接触的两个端点到轴承1旋转中心构成的角度a为包覆角度，为保证轴承1的良好固定，轴承包覆角度a应大于180°，比如在本实施例中，该角度为220°，当然，根据不同的传感器设计需求，可设置不同的轴承包覆角度a，仅仅需要保证轴承1能良好固定且不会从安装位内脱出即可，传感器安装位5与轴承安装位12直接联通，如图3所示，传感器安装位5的两边与轴承安装位5的两侧端点相切，当然，根据不同的设计要求，可不与轴承安装位12的两个端点相切，但应该设置圆弧倒角以避免相交处产生应力集中。

除上述的轴承安装位12的两个端点与传感器安装位5的两边直接相连外，还可设置将轴承安装位12的两端设计成唇口11状，唇口11的前段设置成圆弧状，向传感器安装位5一侧延伸。本实施中，轴承安装位12内设置有轴承1。比如深沟球轴承1，滚子轴承1、推力轴承1、调心轴承1等，在此不加以限制。

请参阅图4，需要注意的是，本实施例中的轴承1为力矩轴承1，该力矩轴承1包括内圈6、外圈7和滚动体8，轴承1的内圈6和外圈7同轴连接，轴承1的内圈6和外圈7之间环形等距排布有滚动体8，轴承1的外圈7外侧贴合设置有力传感器3，外圈7还设置有键槽9，最佳的，键槽9与力传感器3相对布置，当然，键槽9也可与力传感器3成角度布置，为获得更好的寿命和性能，轴承1还可增加支撑架和防尘盖，此外轴承1安装设置有一定的游隙，保证轴承1外圈7具有合理的形变量，该游隙不大于0.5mm。

该力矩轴承1通过调整外圈7的厚度以实现不同的刚度，从而调整力传感器3的灵敏度与量程。此外也可通过调整唇口11的厚度与延伸长度来获得特定的测量能力。本实施例中，力传感器3为应变片，该应变片,设置在轴承1外圈7并与轴承1外圈7紧密贴合。应变片的输出连接有线路板4，该线路板4为放大器或其他信号处理单元，线路板4设置在传感器安装位5内，当然，线路板4也可外置并通过导线与力传感器3连接。

特别的，力传感器3应设置在轴承安装位12和一个传感器安装位5相交处，且力传感器3应处于相交处的中心位置。力传感器3不应被轴承安装位12的任意一处覆盖，因此，唇口11的延伸长度不应该遮盖应变片。

第三实施例，

请参阅图5，本图为该压力测量装置在自行车中轴力矩传感器上的应用，轴承套2与力矩中轴的端盖一体化制造，在端盖上设置轴承安装位12与传感器安装位5，轴承安装位12为圆弧状态，轴承安装位12末端连接有传感器安装位5，轴承安装位12与传感器安装位5直接相连，传感器安装位5两侧与轴承安装位12末端相切，轴承安装位12的两端与轴承1旋转轴心的连线构成的包覆角度为220°，轴承安装位12内还设置有键槽9，轴承安装位12内设置有轴承1，该轴承1设置有键槽9，轴承1的键槽9与轴承安装位12的轴承套键槽9-1对齐并依靠键定位连接，保证轴承1外圈7的旋转固定，轴承1外圈7贴合有压力应变片，用以测量轴承1形变，压力应变片的输出连接到线路板4上，线路板4设置在传感器安装位5内。

端盖一端设置有螺纹连接部10，该螺纹连接部10与自行车五通连接。端盖的轴承1内设置有轴，该轴上设置有牙盘和曲柄。

需要特别注意的是，该压力测量装置应横向布置，即，压力测量装置中心与轴承1中心的连线与地面水平。

当然，除了使用实施例2的方案，该自行车中轴力矩传感器也可采用实施例1的方案进行压力测量。

用作力矩测量时，该压力测量装置的工作原理为：工作时，当人踩踏踏板，通过曲柄带动轴和牙盘旋转，牙盘通过链条带动车轮旋转。由于车轮的运行阻力，使得链条绷紧，链条对牙盘产生向后的拉力，该拉力通过轴施加在轴承1上，由于轴承1的力传感器3横向布置，当轴承1受到向后的压力时，压力作用于轴承1贴合传感器一侧的外圈7，使得轴承1的外圈7承受拉力，造成形变，通过应变片的阻值改变进行压力测量，此时通过换算可得出输入扭矩或可直接使用该拉力值作为车辆的控制信号，在车辆静止或滑行时，由于链条不受力，不产生向后的拉力，此时，即便人站立在自行车上，由于人对轴承1的压力向下，不产生向后的拉力，此时的轴承1侧向形变量小，输出信号小或无信号，以此作为判别车辆助力的依据。

当然该压力测量装置还可以作为骑行的功率计或体能消耗的传感器数据来源。并适用于前驱或后驱轮毂电机的方案。

第四实施例

本实施例为压力测量装置作为一种称重传感器的应用，具体为，以实施例1或实施例2的传感器为例。轴承套2内设置有轴承1，轴承1内圈6套接有轴，轴承套2可与基座或壳体固定，在安装轴承套2时，将轴承套2或轴承1上设置力传感器的一面向下垂直地面安装。力传感器的输出连接放大器或处理电路并输出。

工作时，当轴受到一个向下的压力，轴将压力传递给轴承1，轴承1的外圈7或隔板受到压力产生形变，应变片采集该形变并转化为压力信号输出，相比于常规的静态测量方式，该传感的测量优势在于，既可以像传统的传感器一样进行静态压力测量，还可以在运动过程中进行测量，比如将该传感器设置在传送带上，滚轮带动轴传动，同时传送带上的压力通过滚轮和轴对轴承1施压产生形变进行测量，此时并不影响轴的运转工作，实现传送带工作过程的实时测量。由此扩展，该压力测量装置还可用于车辆轮轴等处的压力测量，用于测量车辆的装在量和行驶中的冲击力等。

本发明一种压力测量装置的有益效果为：

1)通过将力传感器贴在轴承外圈或将力传感器设置在轴承套上，使用间接测量的方式测量拉力，结构简单，成本低廉。

2)通过将压力测量装置设置在固定组件上，不影响设备的正常运转，同时能保证较为准确的计量值。

3)通过设置力传感器安装位，避免力传感器安装干涉并通过设置键来固定轴承，实现轴承的良好固定。

4)通过合理的设置轴承包覆角度和隔板厚度，既保证了轴承安装的可靠性和稳定性，又能良好控制固定组件形变，控制力的测量范围，并保持较高的灵敏度。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。可以采用不同的组合方式来实施本发明，如电机可以采用同心同轴安装或者一侧安装，减速机构可以通过行星轮减速或者其他齿轮、链条减速结构，中轴可以采用单轴结构或者左右轴结构，传感器可以采用各种扭矩传感器或者速度传感器，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。