一种中轴力矩传感装置及自行车的制作方法

本发明涉及交通机械技术领域，具体涉及一种中轴力矩传感装置及自行车。

背景技术：

自行车，又称脚踏车或单车，通常是二轮的小型陆上车辆，人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是绿色环保的交通工具。在中国内地、台湾、新加坡，通常称其为“自行车”或“脚踏车”；在港澳则通常称其为“单车”；而在日本称为“自転(转)车”。自行车种类很多，有单人自行车，双人自行车还有多人自行车以及助力自行车。

自行车可以作为环保的交通工具用来代步、出行；越来越多的人将自行车作为健身器材用来骑行锻炼、自行车出游；自行车本身也是一项体育竞技运动，有公路自行车赛、山地自行车赛、场地自行车赛、特技自行车比赛等。

但是如果人们骑自行车时速度太快对身体能量的消耗过大，会影响身体健康，速度太慢又起不到健身的作用，人们无法确定在骑自行车时消耗的卡路里数值，就不能判断骑自行车的效果，十分的不方便，这主要是因为目前并没有一种装置能够计算出脚踏扭力，因此需要设计一种中轴力矩传感装置，结合通过检测得出的脚踏转速，计算出人在骑自行车时消耗的卡路里数值。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种中轴力矩传感装置及自行车，通过一种中轴力矩传感装置可以计算出脚踏扭力，同时结合检测出的脚踏转速，计算出人在骑自行车时消耗的卡路里数值，相应的调节骑自行车的速度，非常方便。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:

一种中轴力矩传感装置，包括：轴套、连接套和应变片，所述轴套套设于自行车中轴外部，所述轴套的内部设有轴承，所述轴套和所述自行车中轴通过所述轴承转动连接，所述轴套的外周壁设有两个凸台，分别为第一凸台和第二凸台，所述第一凸台和第二凸台分布于所述轴套的同一直径线上；所述连接套的内周壁设有三个凹槽，分别为第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，其中所述第一凹槽与所述第一凸台对应设置，所述第二凹槽与所述第二凸台对应设置，所述第一凸台限位于所述第一凹槽内，所述第二凸台限位于所述第二凹槽内，所述第三凹槽所处的连接套直径线与所述第一凹槽和所述第二凹槽所处的连接套直径线垂直；所述应变片贴附于所述第三凹槽内部用以检测所述连接套的形变参数。

作为一种改进的技术方案，还包括用以紧固所述连接套的螺纹套，所述螺纹套和所述连接套的一端连接。

作为一种改进的技术方案，所述螺纹套和所述连接套通过细牙螺纹连接。

作为一种改进的技术方案，所述螺纹套外周壁上设有若干凹形开口，所述凹形开口大小与扳手大小相配合。

作为一种改进的技术方案，所述螺纹套外周壁上设有四个凹形开口，所述四个凹形开口均匀分布。

作为一种改进的技术方案，所述第三凹槽两侧边和所述连接套外周壁相切。

作为一种改进的技术方案，所述第三凹槽具有弧形槽底，所述弧形槽底的弧度和所述连接套的弧度相同。

作为一种改进的技术方案，所述第三凹槽的弧形槽底上设有一个矩形槽，所述应变片粘接在所述矩形槽内。

本发明的另一目的在于提供一种自行车，包括一种中轴力矩传感装置和中轴转速检测装置。

作为一种改进的技术方案，所述的中轴转速检测装置包括磁性材料和霍尔传感器，所述磁性材料设置于所述自行车中轴外部，所述霍尔传感器设置于所述轴套上，且处于与所述磁性材料相对应的位置上。

由于采用以上技术方案，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种中轴力矩传感装置，包括：轴套、连接套和应变片，所述轴套套设于自行车中轴外部，所述轴套的内部设有轴承，所述轴套和所述自行车中轴通过所述轴承转动连接，所述轴套的外周壁设有两个凸台，分别为第一凸台和第二凸台，所述第一凸台和第二凸台分布于所述轴套的同一直径线上；所述连接套的内周壁设有三个凹槽，分别为第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽，其中所述第一凹槽与所述第一凸台对应设置，所述第二凹槽与所述第二凸台对应设置，所述第一凸台限位于所述第一凹槽内，所述第二凸台限位于所述第二凹槽内，所述第三凹槽所处的连接套直径线与所述第一凹槽和所述第二凹槽所处的连接套直径线垂直；所述应变片贴附于所述第三凹槽内部用以检测所述连接套的形变参数；基于以上结构，通过电路处理，将应变片阻值的变化转化为电压参数，通过结构力臂的数据计算和实验验证可以得到脚踏的扭力。

本发明中，还包括用以紧固所述连接套的螺纹套，所述螺纹套和所述连接套的一端连接；基于以上结构，所述螺纹套可以紧固所述连接套。

为了所述螺纹套可以更好的紧固所述连接套，所述螺纹套和所述连接套通过细牙螺纹连接；基于以上结构，细牙螺纹的自锁性能好,所述螺纹套和所述连接套抗振动防松的能力强。

本发明中，所述螺纹套外周壁上设有若干凹形开口，所述凹形开口大小与扳手大小相配合；基于以上结构，用扳手操作时更加方便。

本发明中，所述螺纹套外周壁上设有四个凹形开口，所述四个凹形开口均匀分布；基于以上结构，可以多个角度拧紧所述螺纹套，操作灵活。

为了使所述应变片安装稳固，本发明中采用以下结构：所述第三凹槽两侧边和所述连接套外周壁相切，所述第三凹槽具有弧形槽底，所述弧形槽底的弧度和所述连接套的弧度相同，所述第三凹槽的弧形槽底上设有一个矩形槽，所述应变片粘接在所述矩形槽内；基于以上结构，所述应变片安装稳固，不易松动。

本发明的另一目的在于提供一种自行车，包括一种中轴力矩传感装置和中轴转速检测装置；基于以上结构，通过得到的脚踏转速和脚踏扭力计算出人在骑自行车时消耗的卡路里数值。

上述发明中所述的中轴转速检测装置，包括磁性材料和霍尔传感器，所述磁性材料设置于所述自行车中轴外部，所述霍尔传感器设置于所述轴套上，且处于与所述磁性材料相对应的位置上；基于以上结构，可以检测出人在骑自行车时脚踏转速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为一种中轴力矩传感装置结构示意图；

图2为螺纹套结构示意图；

图3为连接套结构示意图；

图4为轴套结构示意图；

图5为自行车中轴装配结构示意图；

附图中，1、轴套；11、第一凸台；12、第二凸台；2、连接套；21、第一凹槽；22、第二凹槽；23、第三凹槽；3、应变片；4、螺纹套；41、凹形开口；5、霍尔传感器；6、自行车中轴。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-2所示，本发明提供一种中轴力矩传感装置，包括：轴套1、连接套2和应变片3，轴套1套设于自行车中轴6外部，轴套的内部设有轴承，轴套1和自行车中轴6通过轴承转动连接，轴套1的外周壁设有两个凸台，分别为第一凸台11和第二凸台12，第一凸台11和第二凸台12分布于轴套1的同一直径线上；连接套2的内周壁设有三个凹槽，分别为第一凹槽21、第二凹槽22和第三凹槽23，其中第一凹槽21与第一凸台11对应设置，第二凹槽22与第二凸台12对应设置，第一凸台11限位于第一凹槽21内，第二凸台12限位于第二凹槽22内，第三凹槽23所处的连接套直径线与第一凹槽21和第二凹槽22所处的连接套直径线垂直；应变片3贴附于第三凹槽23内部用以检测连接套的形变参数，形变参数通过电路处理，将应变片阻值的变化转化为电压参数，通过结构力臂的数据计算和实验验证可以得到脚踏的扭力。

本实施例中，还包括用以紧固连接套的螺纹套4，螺纹套4和连接套2的一端连接，螺纹拧紧时能产生很大的轴向力，它能方便地实现自锁，同时外形尺寸小，制造简单，能保持较高的精度。

本实施例中，螺纹套4和连接套2通过细牙螺纹连接，细牙螺纹是相对粗牙螺纹来说的，设计时尽量选用标准规格，细牙螺纹具有占空间尺寸小，自锁性好，大多用于受力不大，可以精确调整的地方。

本实施例中，螺纹套4外周壁上设有若干凹形开口41，凹形开口41大小与扳手大小相配合，用扳手操作时更加方便。

本实施例中，螺纹套4外周壁上设有四个凹形开口41，四个凹形开口41均匀分布，均匀分布是概率统计中的重要分布之一，顾名思义，均匀，表示可能性相等的含义，四个凹形开口31可以保证扳手可以从各个角度进行操作，比较方便。

本实施例中，所述第三凹槽23两侧边和所述连接套2外周壁相切，所述第三凹槽23具有弧形槽底，所述弧形槽底的弧度和所述连接套2的弧度相同，所述第三凹槽23的弧形槽底上设有一个矩形槽，所述应变片3粘接在所述矩形槽内，所述第三凹槽23空间大，所述应变片3可以更加方便的安装。

本发明的另一目的在于提供一种自行车，包括一种中轴力矩传感装置和中轴转速检测装置，通过得到的脚踏转速和脚踏扭力计算出人在骑自行车时消耗的卡路里数值；举例说明，脚踏100N的力量，曲柄长度170mm，所以在中轴上就是扭力的体现：采集到的扭力＝F*L＝100N*0.170M＝17NM，所有的扭力传输到了轴套，轴套将力量传递给连接套，导致最大力臂处的第三凹槽23区域有很大的形变量，应变片的阻值随之变化，就可以得到与脚踏一定比例的数值，通过电路处理，将阻值的变化转化为电压参数，通过结构力臂的数据计算和实验验证可以得到脚踏的扭力，对应的检测到的信号值，再通过中轴上安装磁性材料，在轴套上放置对应的霍尔传感器，就可以检测到脚踏的转速，从而算出骑行者的脚踏功率p＝0.105*rpm*NM，就可以换算出骑行者消耗的卡路里；

在上述实施例中，中轴转速检测装置作用是检测到人的脚力力量，功率或者卡路里，自行车也包括电动助力车或者锂电单车，如果是电动自行车，根据中轴转速检测装置检测到的信号，也可以提供相应比例的助力，将电池的电能转为电机或者说马达的机械能，帮助骑行者更加轻松的骑行。

本实施例中，中轴转速检测装置包括磁性材料和霍尔传感器5，磁性材料设置于自行车中轴外部，霍尔传感器5设置于轴套上，且处于与磁性材料相对应的位置上，可以检测出人在骑自行车时脚踏转速。

综上实施例，本发明一种中轴力矩传感装置，可通过计算得出人在骑自行车时消耗的卡路里数值，根据具体的消耗卡路里数值，人们可以在在骑自行车时调节自己的速度，卡路里数值高，减缓自行车速度，卡路里数值低，提高自行车速度，对提高人体的健康十分有帮助。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。