本發(fā)明涉及一種基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、電動自行車上通常都裝配有中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，用來實(shí)時檢測踏力信號，并根據(jù)踏力信號來準(zhǔn)確判定騎乘人員的騎乘狀態(tài)（輕蹬還是重蹬），以此驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行功率輸出調(diào)整。眾所周知，由于測定中軸踏力最直接的方法就是測定中軸受到的扭矩或彎矩，因此目前市面上常見的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)都是直接在中軸上貼附檢測其扭矩或彎矩的應(yīng)變片，然而在長期的使用實(shí)踐中這種檢測機(jī)構(gòu)存在如下幾個問題：

2、1、中軸上受力的干擾因素較多，大大影響其上踏力的檢測精度；

3、理論上，人踩踏腳踏并通過曲柄將踏力傳遞至中軸上使中軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，然而實(shí)際上中軸由于其上的鏈輪受到鏈條傳遞而來的徑向拉力影響，將抵消一部分踏力產(chǎn)生的扭矩，使得最終應(yīng)變片檢測到的扭矩信號精度降低。

4、2、由于應(yīng)變片被直接固定在轉(zhuǎn)動的中軸上，因此其信號的輸出不能直接采用直連的信號線引出，而是只能借助內(nèi)外線圈的無線感應(yīng)方式引出，由于內(nèi)外線圈的無線感應(yīng)方式本身存在傳輸損耗，加上信號易受干擾，因此信號的輸出強(qiáng)度和精度都遠(yuǎn)不如信號線直連的輸出方式，這就導(dǎo)致最終的踏力檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性都進(jìn)一步降低。

5、3、采用內(nèi)外線圈的無線感應(yīng)方式來傳輸力矩信號，其內(nèi)外線圈都要深入五通管內(nèi)部安裝，且占據(jù)五通管的內(nèi)部空間使得機(jī)構(gòu)徑向尺寸較大，加上還需配置相應(yīng)的支架來固定線圈的pcb板，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，裝配和維修拆卸都非常繁瑣不便，造成生產(chǎn)效率低而成本維護(hù)高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是：針對背景技術(shù)中提及的現(xiàn)有中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)存在的不足，而提供一種基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，其不僅踏力的檢測精度更高，能消除了應(yīng)變片誤檢測的問題，且結(jié)構(gòu)也更簡單，更易于裝配。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，包括穿設(shè)于五通管內(nèi)兩端用于安裝曲柄的中軸，中軸一端還固定牙盤，牙盤通過鏈條與電動自行車后輪上的鏈輪相連；其特征在于還包括穿設(shè)于五通管內(nèi)的碗件，中軸由中軸軸承支撐設(shè)于碗件內(nèi)，該碗件上靠近中軸固定牙盤的一端伸出五通管設(shè)置擴(kuò)徑的碗口，碗口內(nèi)嵌裝有一偏心環(huán)，該偏心環(huán)內(nèi)圈經(jīng)由偏心環(huán)軸承轉(zhuǎn)動裝配在中軸上，偏心環(huán)外圈的中心相對中軸的軸心偏心設(shè)置，碗口內(nèi)還嵌裝一分別同偏心環(huán)和碗件固定的彈簧片，彈簧片上貼附有應(yīng)變片，鏈條經(jīng)牙盤傳遞至中軸上的徑向拉力用于驅(qū)使偏心環(huán)相對偏心環(huán)中心轉(zhuǎn)動，偏心環(huán)帶動彈簧片產(chǎn)生微變形，使得應(yīng)變片感應(yīng)該微變形以輸出踏力信號。

3、進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述偏心環(huán)通過銷軸或螺釘與所述彈簧片固定，或者所述偏心環(huán)上凸出固定有凸柱，該凸柱與設(shè)置在彈簧片上的連接孔配合以固定彈簧片，或者所述偏心環(huán)上設(shè)有連接孔，其與凸出固定在彈簧片上的凸柱配合以固定彈簧片。

4、進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述彈簧片通過若干鎖緊螺釘與碗件固定，而所述碗口上固定有用以遮蓋并軸向壓緊所述彈簧片的壓蓋，壓蓋內(nèi)設(shè)有與所述應(yīng)變片電連接的信號處理pcb板，信號處理pcb板的引出線經(jīng)由設(shè)置在壓蓋上的引出線口引出。

5、進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述擴(kuò)徑的碗口，其后壁與五通管的一端外璧抵緊，還包括鎖緊螺母，所述碗件非設(shè)置所述碗口的一端伸出五通管另一端，其外周成型有螺紋，用于螺接鎖緊螺母與五通管該端外璧抵緊，鎖緊螺母與所述擴(kuò)徑的碗口一同配合將碗件軸向鎖緊在所述五通管上。

6、進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述偏心環(huán)軸承為沖壓外圈滾針軸承。

7、進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述碗件非設(shè)置所述碗口的一端設(shè)有內(nèi)階，而中軸上對應(yīng)成型有軸肩，所述中軸軸承抵設(shè)于該內(nèi)階與軸肩之間，且碗件內(nèi)還嵌裝有與內(nèi)階配合以夾緊所述中軸軸承的外擋圈，以及與所述軸肩配合以夾緊所述中軸軸承的內(nèi)擋圈。

8、進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述偏心環(huán)軸承一體成型于所述偏心環(huán)內(nèi)圈。

9、更進(jìn)一步的，本發(fā)明中所述偏心環(huán)外圈與所述碗口的內(nèi)周之間嵌裝有潤滑軸承，以減小偏心環(huán)的轉(zhuǎn)動阻力。

10、本發(fā)明的工作原理如下：

11、同常規(guī)技術(shù)一樣，中軸兩端的曲柄上固定有腳踏。所述信號處理pcb板的引出線最終與電動自行車的控制器電連接。

12、在騎行中，人踩腳踏的踏力會通過牙盤與鏈條傳動到后輪（的鏈輪）上，在反作用力的作用下鏈條會給中軸一個指向后輪的徑向拉力。偏心環(huán)在此徑向拉力的作用下有繞其自身中心轉(zhuǎn)動的趨勢，此時在固定點(diǎn)的固定作用下與偏心環(huán)徑向固定的彈簧片會被拉扯產(chǎn)生微小形變量，從而被應(yīng)變片感應(yīng)到，應(yīng)變片會產(chǎn)生信號變化傳輸至信號處理pcb板中，信號處理pcb板會處理信號變化并輸出力矩信號，以此控制電動自行車的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的快慢。根據(jù)人的踏力的不同，偏心環(huán)的扭力和彈簧片的形變量會隨之變化，應(yīng)變片傳輸?shù)男盘栕兓矔煌瑥亩_(dá)到精確檢測踏力的功能。

13、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

14、本發(fā)明不僅踏力的檢測精度更高，且消除了應(yīng)變片誤檢測的問題，結(jié)構(gòu)也更簡單，更易于裝配，其具體優(yōu)點(diǎn)展開如下：

15、1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，人踩腳踏的踏力通過牙盤與鏈條傳動到后輪（的鏈輪）上，在反作用力的作用下鏈條會給中軸一個指向后輪的徑向拉力，偏心環(huán)僅在此徑向拉力的作用下產(chǎn)生扭矩并觸發(fā)彈簧片形變使應(yīng)變片輸出力矩信號，故其力矩信號的檢測獲取排除了諸多干擾因素，檢測精度更高。

16、2、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)變片和信號處理pcb板均不會隨中軸轉(zhuǎn)動，因此應(yīng)變片的信號可以采用電線直連至信號處理pcb板，而無需借助內(nèi)外線圈的無線感應(yīng)方式引出，故沒有內(nèi)外線圈的無線感應(yīng)方式存在的傳輸損耗和信號易受干擾的問題，使得信號的輸出強(qiáng)度和精度都得到質(zhì)的提高，進(jìn)而確保了最終力矩檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

17、3、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于取消了內(nèi)外線圈無線感應(yīng)的應(yīng)變片信號數(shù)據(jù)引出方式，不僅節(jié)省了包含內(nèi)外線圈、相應(yīng)支架等在內(nèi)的零部件，而且由于無需深入五通管內(nèi)部安裝，也不會占據(jù)五通管內(nèi)部的體積空間，故使得整個中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)的徑向尺寸減小的同時，結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，裝配和維修拆卸都極其方便，有效的提高了生產(chǎn)效率的同時降低了維護(hù)成本。

18、4、本發(fā)明中的信號處理pcb板的引出線直接從碗口最外側(cè)的壓蓋引出線孔中引出，無需同現(xiàn)有技術(shù)那樣需要經(jīng)由五通管內(nèi)側(cè)開槽走線，信號線的引出非常順暢方便，便于后續(xù)接線和維修。

19、5、本發(fā)明中的偏心環(huán)、彈簧片和壓蓋都集成固定在碗件一端的碗口內(nèi)，裝配方便，可以隨碗件一同模塊化生產(chǎn)，小巧輕便，結(jié)構(gòu)緊密，便于同各類五通管適配安裝，并有助于提升電動自行車外觀整潔性和美觀度。

技術(shù)特征：

1.一種基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，包括穿設(shè)于五通管（1）內(nèi)兩端用于安裝曲柄（2）的中軸（3），中軸（3）一端還固定牙盤（4），牙盤（4）通過鏈條（5）與自動自行車后輪上的鏈輪（6）相連；其特征在于還包括穿設(shè)于五通管（1）內(nèi)的碗件（7），中軸（3）由中軸軸承（8）支撐設(shè)于碗件（7）內(nèi)，該碗件（7）上靠近中軸（3）固定牙盤（4）的一端伸出五通管（1）設(shè)置擴(kuò)徑的碗口（701），碗口（701）內(nèi)嵌裝有一偏心環(huán)（9），該偏心環(huán)（9）內(nèi)圈經(jīng)由偏心環(huán)軸承（10）轉(zhuǎn)動裝配在中軸（3）上，偏心環(huán)（9）外圈的中心（o2）相對中軸（3）的軸心（o1）偏心設(shè)置，碗口（701）內(nèi)還嵌裝一分別同偏心環(huán)（9）和碗件（7）固定的彈簧片（11），彈簧片（11）上貼附有應(yīng)變片（12），鏈條（5）經(jīng)牙盤（4）傳遞至中軸（3）上的徑向拉力用于驅(qū)使偏心環(huán)（9）相對偏心環(huán)（9）中心（o2）轉(zhuǎn)動，偏心環(huán)（9）帶動彈簧片（11）產(chǎn)生微變形，使得應(yīng)變片（12）感應(yīng)該微變形以輸出踏力信號。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，其特征在于所述偏心環(huán)（9）通過銷軸（13）或螺釘與所述彈簧片（11）固定，或者所述偏心環(huán)（9）上凸出固定有凸柱，該凸柱與設(shè)置在彈簧片（11）上的連接孔配合以固定彈簧片（11），或者所述偏心環(huán)（9）上設(shè)有連接孔，其與凸出固定在彈簧片（11）上的凸柱配合以固定彈簧片（11）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，其特征在于所述彈簧片（11）通過若干鎖緊螺釘（19）與碗件（7）固定，而所述碗口（701）上固定有用以遮蓋并軸向壓緊所述彈簧片（11）的壓蓋（14），壓蓋（14）內(nèi)設(shè)有與所述應(yīng)變片（12）電連接的信號處理pcb板（15），信號處理pcb板（15）的引出線經(jīng)由設(shè)置在壓蓋（14）上的引出線口（14a）引出。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，其特征在于所述擴(kuò)徑的碗口（701），其后壁與五通管（1）的一端外璧抵緊，還包括鎖緊螺母（16），所述碗件（7）非設(shè)置所述碗口（701）的一端伸出五通管（1）另一端，其外周成型有螺紋，用于螺接鎖緊螺母（16）與五通管（1）該端外璧抵緊，鎖緊螺母（16）與所述擴(kuò)徑的碗口（701）一同配合將碗件（7）軸向鎖緊在所述五通管（1）上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，其特征在于所述偏心環(huán)軸承（10）為沖壓外圈滾針軸承。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，其特征在于所述碗件（7）非設(shè)置所述碗口（701）的一端設(shè)有內(nèi)階（7a），而中軸（3）上對應(yīng)成型有軸肩（3a），所述中軸軸承（8）抵設(shè)于該內(nèi)階（7a）與軸肩（3a）之間，且碗件（7）內(nèi)還嵌裝有與內(nèi)階（7a）配合以夾緊所述中軸軸承（8）的外擋圈（17），以及與所述軸肩（3a）配合以夾緊所述中軸軸承（8）的內(nèi)擋圈（18）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，其特征在于所述偏心環(huán)軸承（10）一體成型于所述偏心環(huán)（9）內(nèi)圈。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，其特征在于所述偏心環(huán)（9）外圈與所述碗口（701）的內(nèi)周之間嵌裝有潤滑軸承（20）。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于中軸徑向應(yīng)變拉力檢測的中軸踏力檢測機(jī)構(gòu)，包括穿設(shè)于五通管內(nèi)兩端用于安裝曲柄的中軸，其一端還固定牙盤，牙盤經(jīng)鏈條與后輪的鏈輪相連；其特征在于還包括穿設(shè)于五通管內(nèi)的碗件，中軸由中軸軸承支撐設(shè)于碗件內(nèi)，該碗件上靠近中軸固定牙盤的一端伸出五通管設(shè)置擴(kuò)徑的碗口，其內(nèi)嵌裝一偏心環(huán)，其內(nèi)圈經(jīng)由偏心環(huán)軸承轉(zhuǎn)動裝配在中軸上，外圈中心則相對中軸的軸心偏心設(shè)置，碗口內(nèi)還嵌裝一分別同偏心環(huán)和碗件固定的彈簧片，彈簧片上貼附有應(yīng)變片，鏈條經(jīng)牙盤傳遞至中軸上的徑向拉力用于驅(qū)使偏心環(huán)相對其中心轉(zhuǎn)動，偏心環(huán)帶動彈簧片產(chǎn)生微變形，使應(yīng)變片感應(yīng)以輸出踏力信號。本機(jī)構(gòu)不僅踏力的檢測精度更高，消除了應(yīng)變片誤檢測的問題，結(jié)構(gòu)更簡單，更易裝配。

技術(shù)研發(fā)人員：溫群峰,倉俊義
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州盛億電機(jī)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12