便携代步车的机构设计开题报告

开题报告本课题研究的目的、意义；20世纪90年代以来，中国的老龄化进程加快。65岁及以上老年人口从1990年的6299万增加到2000年的8811万，占总人口的比例由5.57%上升为6.96%，目前中国人口已经进入老年型。性别间的死亡差异使女性老年人成为老年人口中的绝大多数。预计到2040年，65岁及以上老年人口占总人口的比例将超过20%。同时，老年人口高龄化趋势日益明显：80岁及以上高龄老人正以每年5%的速度增加，到2040年将增加到7400多万人。

迅速发展的人口老龄化趋势，与人口生育率和出生率下降，以及死亡率下降、预期寿命提高密切相关。目前中国的生育率已经降到更替水平以下，人口预期寿命和死亡率也接近发达国家水平。随着20世纪中期出生高峰的人口陆续进入老年，可以预见，21世纪前期将是中国人口老龄化发展最快的时期。预估30年后，老年人口数量的占比将会高达34.9%，老年群体的人口数量增长很快，数量庞大。老年群体一大明显的生理特点就是关节活动受限，无法完成长距离的行走，活动范围受限，设计开发出一款可以帮助老年人行走的代步车在老龄产业中显得十分必要。

由于汽车、摩托车等代步工具需要消耗燃油才能实现其功能，普遍存在着空气污染和噪音等问题，随着国际油价的不断上涨，使机动车辆使用成本越来越高，另外随着全球对汽车排放控制、能源利用等问题的日益关注，清洁、环保、节能的新能源电动车已成为世界汽车工业发展的热点。各种燃气汽车、电动汽车、混合动力汽车技术在近几年得到了快速发展。因此一种既有利于环境保护，而且可以减轻使用者经济负担的新型的适宜的交通工具是人们普遍的愿望和需求2.国内外研究现状；

由于能源短缺、环境污染和人口老龄化等问题的存在，世界上很多国家早已2开始了对老年代步车的研究。到目前为止，市场上出现了很多种类的老年代步车。按代步车的轮数分类，常见的有四轮和三轮代步车；按转向形式分类，常见的有前轮转向和后轮驱动差速转向；按制动系统分类，可分为电磁制动、电子制动和机械制动三大类，现有代步车中带有机械制动的较少；在近期，老年代步车的便携性也被考虑到设计范围内，出现了可折叠和不可折叠以及快速拆装式三类代步车，可折叠代步车又可分为自动折叠和手动折叠两类。其中可折叠便携式代步车更为人性化，可以在代步车不便行驶的场合，采用拖行或放置在汽车后备箱等运输空间内的方式进行运输，使得老年群体的活动空间可以得到进一步的增大。并且现阶段的该类成熟产品较少，具有研究意义。

老年代步车作为电动汽车的一个分支结构，也伴随电动汽车而迅速崛起，并取得长足的进步。美国较高档的老年代步车采用轮椅形式，配有电脑和机械双重刹车系统，其易折叠、存放且转弯半径较小，乘坐舒适性较高。如：PrideJet3Scooters，InvacareProntoM51PowerWheelchair。法国的老年代步车起步较早，根据运动和构造方式不同，把电动代步车为A、B、C三类。A类为室内使用，B类为室内外两用，C类为室外使用。现在法国的老年代步车在结构设计上，安装了支撑调节装置，代步车可在长宽高三个方向进行调节，并且可以折叠，便于存放和携带。在操作控制方面引入智能操作系统，由传感器、人机界面、控制主板组成，有手动、自动、半自动三种模式，方便操作。日本同中国一样面临老龄化的问题，因此老年代步车市场也比较广阔。1994年雅马哈公司首先推出商品名为"PAS0的电动自行车。1998年日本三洋电机公司成功开发了“塔温帕特纳”电动代步车，该车时速为6km/h，在平坦路面一次充电可连续行驶30公里，可以说是新型电动代步车的雏形。随后几年，日本在代步车的研发方面更侧重从老年人的生理和心里特点出发，从环境安全角度出发，并借用汽车制造技术来设计老年代步车。老年代步车在日本发展很快，出现了种类繁多和功能各异的电动代步车。如便携式电动代步车，太阳能电动代步车，越障四驱万向电动代步车3.拟采取的研究路线针对老年人这一特殊群体，对便携式代步车进行设计与优化。便携式代步车有放置于汽车后备箱等云输空间的需求，因此应尽量减小其折叠后的尺寸，在实现折叠程度最高的情况下对折叠机构进行优化设计是本文的关键问题之一。要满足便携式代步车的便携性要求，整车的质量应在满足刚度和强度的情况下最小，因此对折叠车架的静力学分析以及结构优化设计也是本文的关键问题之一。由于老年人具有腿部力量不足的特点，为了保证整车的安全性，制动机构可实现保持制动功能，制动机构中的专用锁紧装置是实现保持制动功能的关键零部件，对锁紧装置进行设计与优化是本文的关键问题之一

本文根据实际项目需求对便携代步车进行了方案设计，基于多目标优化算法对折叠机构采用的六连杆机构进行了杆长优化，得到了满足折叠程度最大的最优杆长尺寸；对折叠车架进行了不同工况下的静力学分析，针对折叠车架的多个特征尺寸，采用分步优化的方式对折叠车架的结构尺寸进行了优化，优化后的质量减轻；设计了代步车制动机构中的锁紧装置，针对存在的冲击问题，对锁紧凸轮廓线进行优化，对优化前后的锁紧装置进行了运动仿真分析并进行了结果对比分析，优化后加速度大幅减小，冲击得到了改善4.进度安排研究开发了一种面向老年人的便携式代步车，对其中的折叠机构和锁紧装置进行了研究与优化，本论文主要从以下几个方面开展了工作：1）确定便携式代步车的外形设计参数，对便携式代步车的整体方案进行选择与确定。分别对便携式代步车的折叠车架、折叠靠背、转向系统、制动机构进行方案选择以及初步结构设计。2）对车架所用的六连杆折叠机构进行尺寸综合，为了满足折叠程度最高的要求，建立了折叠机构的优化数学模型，通过对折叠机构在折叠状态和展开状态的分析，确定优化参数，运用MATLAB软件建立该优化数学模型的算法，求解出最10优杆长尺寸。3）根据得到的最优尺寸，经圆整后建立折叠车架的三维模型，简化该三维模型，基于AnsysWorkbench软件对折叠车架进行不同工况下的静力学分析，根据分析结果可知折叠车架存在优化空间，并基于遗传算法对折叠车架进行结构优化，优化后折叠车架质量减轻。4）对锁紧装置进行分析，对其进行运动学和动力学仿真，根据解析法对锁紧凸轮的理论廓线进行优化，对优化后的结构进行运动学和动力学仿真，分析对比优化前后的仿真结果，凸轮机构的冲击得到改善，发现了该类锁紧装置存在的从动件运动不确定的共性问题，并指出了出现运动不确定现象的具体位置。5.文献综述随着社会的不断发展，人口老龄化的问题也随之出现，并且越演越烈，同时，老年人对出行的要求也愈发高涨，应运而生的便是老年人代步车。由于国内复杂的道路通行情况，老年人出行问题显得尤其重要。一方面，国内代步车受众群体较大，我国60岁及以上的老年人已超过两亿；另一方面，国内代步车质量良莠不齐。虽然电动代步车出现在市场上在一定程度上缓解了老年人出行的压力，但他们的里程少，没有标准化的生产标准和完善的结构设计，使得没有足够的安全性。另外，大多数代步车都没有精确的模拟仿真，以上的因素导致了现有的代步车都无法更好的满足老年人出行的要求。在过去的十多年里，外形酷似汽车、被誉为"老年人代步车"的低速电动车具有价格低、操作方便、驾驶"门槛低"等诸多消费者优势，并已顺利进入中国许多城乡区域中，为了我国人民早前的出行电动化作出了特别的贡献。当前来说，国内的老年人代步车设计还处于起步阶段，存在各种各样的问题。比如，造型比较简单，操作系统界面缺乏人性化，功能配置尚未完善；续航能力较弱，经常因为电力不足而无法继续使用；结构设计不合理，行驶里程较短，稳定性尚未足够。老年人代步车在国外也依然存在，但是各自对它的称呼皆有不同。在美国，老年人代步车只是简单的定义为了“低速车辆”，在日本就称呼这种代步车为“超小型交通工具”，在欧洲便叫“轻型四轮车”，虽然名字各有不同，但是都是一些行驶里程短，速度相对缓慢的车辆。国外代步车的数量普遍不多，但是这些国家都对这类代步工具做了一定的管理，如美国对老年人代步车的最高行驶速度建立限定标准以及明确规定准入条件和产品安全标准；欧盟和日本对代步车乘坐人数以及输出功率有明确规定。在日本，也同样有很出名的代步车。这是一部在早前开发的老年人代步车的基础上研发出来的，靠燃料电车为主要的动力的电动轮椅。这是日本的铃木公司研发出来的，该公司宣称，这款代步车的设计会更加的人性化，让使用者更加舒适，此外，这种电池也会比原本的铅酸电池更加的耐用持久。随着年龄的增长，身体各个部位的尺寸都会发生相对的变化，在设计便携式代步车时，首先得着重设想老年人的身体需求，车辆车型的设计得让老年人舒适和心情愉悦。老年人正坐时主要考虑尺寸有颈椎点高度，肘部高度，膝关节高度，臀宽和坐深。如图2.1所示，颈椎点决定座椅靠背的高度，肘部高度决定座椅扶手的设计，膝高和坐深决定座椅的整体设计电动代步车由前轮、后轮、车架底板、座椅和车头握把组成，通过市场调研，在进行便携式代步车的设计时采用分步设计，代步车整体可分为如下几部分：驱动系统，折叠系统，转动系统和制动系统。驱动系统采用的是轮毂电机。相对于其他电机，轮毂电机更加的环保和节能，这得益于轮毂电机不需要额外的传动系统，最大幅度的减少了车辆整体的质量，进一步减少能耗，有利整体的空间布置，合理的确保了代步车驱动的灵活性，更大提高了操作的稳定性。整车的靠背由两个折叠机构组成，为了提高便携式代步车的舒适度整车靠背的角度可以自由调节，同时靠背也可以随意折叠。整车的折叠车架包括前底盘，车辆握把部分以及座椅的拆卸折叠。整个折叠动作可以划分为两个步骤，第一个是整个车辆的折叠，第二个是靠背的折叠。整车的转向系统采用握把式，这可以让驾驶员觉得更加的舒适，明显提高操作的灵敏度。老年人还可以通过旋转前轮的角度对整车进行控制，与以往的操作机构比较而言这种转向方式更加灵活。本文采用机构组合这一方式对折叠车架进行设计，来实现复杂的运动规律。本文通过四杆机构以及凸轮机构的结合来进行便携式代步车的折叠部分的设计，鉴于齿轮机构的成本以及精度要求比较高，不对其加以考虑。因而本文主要采用的是四杆机构。折叠机构设计过程如图2.3所示，由座椅4，后底盘6，前底盘5组成。这种折叠方式结构更为紧凑，能够更好的利用空间电动式老年代步车除机构设计之外，驱动部分的选择也是老年电动车设计的的重点和难点。整车的驱动部分由电机和控制器两部分组成。目前广泛应用于老年代步车的大多数为直流电机，其具有效率高、调速性能好的优点。而直流电动机又可以划分为传统的有刷电机和无刷电机。有刷电机通过机械的方式交换相，机械部分存在着摩擦，这会大大的缩短电机的使用寿命。所以本文采用无刷直流电动机替代传统的有刷电机，设计电动式老年代步车。其具有效率高、噪声小和寿命长的优点。由于无刷电机是一种非线性、变量之间相互耦合的系统，以往使用的PID控制已经不能满足使用要求，所以使用先进的智能的控制算法已经成为了一种趋势。所以众多科研人员将很对智能算法应用于对电机的控制上，往往单一的控制算法不能够满足日常的使用要求，目前国内的德州仪器公司推出C2000系类，相比于以往的控制方式，其结合了传统控制方法的优点，同时利用模糊控制规则对PID参数进行自适应的调整，可以充分的克服外界的干扰达到很好的控制效果。所以设计选用德州仪器公司推出的C2000系类。电动车的碟刹[14]，是通过上泵活塞挤压制动液，制动液将压力推动碟刹下泵的活塞，活塞推动刹车片“钳紧”刹车碟片，从而达到制动的作用。碟刹并不同于杠杆式制动，而是采用液压的原理，输出的力足够大，；所耗费的力更小，因此哪怕老年人长时间握着握把也不会觉得很累；鼓刹经常会因为轮胎发热而发生爆炸事故（汽车就是一个例子，因而货车需要滴水来降低刹车鼓刹的温度），但碟刹不一样，碟片接触轮毂的程度很小，刹车导致的温度升高也不会因此传导过去轮毂，这对轮胎是一种很好的保护，况且碟片与外界空气接触面大，风力也会对它的冷却有效果……，综上所述，碟刹是一个很好的制动方案。前轮还添加了制动防抱死系统（antilockbrakesystem）简称ABS[15]。ABS起作用的方式便是通过控制制动器的动力大小，防止车轮的抱死，旨在确保车辆轮胎与地面处于一种最大的附着力，以一种边滚边滑的状态下进行行驶。因此，ABS防抱死系统具有能够避免在紧急刹车时车轮侧滑以及方向难以控制、减少车辆的刹车损耗和延长车辆轮胎、轮毂等部件的使用寿命等优点。便携式代步车主要是以后轮驱动的，与一般电动车相同，这种电动车电瓶够大，电机功率也足，动力很好，车速也很高。由于后轮是连接在车架上的，驱动时由车架受力。后轮驱动在电动代步车的电机功率足够大的前提下驱动效率更高。并且后轮驱动力始终与车身一致，更稳定。所参考用到的文献有徐忠歌.老年代步车在我国的现状及未来展望[J].湖北农机化,2020(02):33.王凯.多用途代步车的情感化设计研究[D].长春工业大学,2016.张立.便携式代步车关键机构的设计与研究[D].湖北工业大学,2019.冼力文.《中国成年人人体尺寸》标准及其应用[J].中国标准导报,1994(06):22-23.章友京,刘琳,沙文瀚.电动汽车轴向轮毂电机的工作特性[J].时代汽车,2021(06):101-105.无为.握把式激光瞄具[J].轻兵器,2001(03):18.碟式刹车与鼓式刹车的差异等5篇[J].驾驶园,2003(1):43.张立,邓援超,董阳,朱槐春.便携式代步车折叠车架的轻量化设计[J].湖北工业大学学报,2019,34(05):11-15.吴双双,徐伟.人体工程学在家具领域应用数据可视化分析[J].技术与创新管理,2021,42(01):64-68.张洪飞,闫守成.低速代步电动车驱动系统研究[J].汽车工业研究,2015(12):48-51.WeiXueli,vanderKampPeterH,ZhangDa-jun.Integrabilityofauto-BäcklundtransformationsandsolutionsofatorquedABSequation[J].CommunicationsinTheoreticalPhysics,2021,73(7).SeoyeonAhn,ChanhyukNam,SungjinChoi,DaekwonAn,IngiKim,KyungsooSeo,ChanghyunSohn.Astudyonsquealnoisereductionconsideringthepadshapeofthediscbrakesystemforurbanrailwayvehicles[J].JournalofMechanicalScienceandTechnology,2021(prepublish).WangYuan,YuanLiangxin,ChenHao,DuPeng,LianXiaomin.Acreepcontrolfordistributedrearwheeldrivebus[J].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,2020,234(14).6.外文翻译将单目标优化方法与胶印机送纸系统凸轮从动件机构的动力学模型相结合，提出了一种新的凸轮廓线设计与优化方法。该方法主要包括从动件运动特性的单目标优化和凸轮从动件机构的动力学模型两部分。第一部分用修正的梯形曲线描述从动件的加速度分布，分别推导了速度、冲动和位移函数。在此基础上，采用序列二次规划（SQP）作为单目标优化算法，较好地处理了等式约束和不等式约束。第二部分建立了考虑夹持器扭转柔度和阻尼、凸轮/滚子和夹持器/滑块接触柔度的两自由度集中参数模型，研究了力封闭凸轮从动件机构的动力学行为。为了综合改善凸轮从动件机构的运动学和动力学特性，引入了一个优化循环迭代过程，实现了单目标优化和动态仿真的交替过程。文中给出的算例充分证明了新方法的有效性。最后，该方法为凸轮设计人员提供了设计和优化凸轮廓线的有效工具，以减少残余振动。凸轮从动件机构要求以恒定的速度运行以指定输出运动的变化，由于其运动精确、设计简单和相对较低的寿命成本，在机械工业中得到广泛应用[1–3]。此外，凸轮从动件机构最吸引人的特点之一是，它可以很容易地产生间歇运动，在间歇运动中，从动件在其循环的某些部分保持静止[4]。由于凸轮轮廓应用于输送系统，称为多停留曲线，通过确定开闭事件的时间来控制电枢的开闭位置。凸轮轮廓的几何量，如位移、速度、加速度和冲击，必须在精确时刻达到规定值。凸轮从动件机构在高速胶印机传动系统中的应用，使得凸轮廓线的设计对高速胶印机的整体性能至关重要。凸轮设计与优化中所采用的优化方法主要包括凸轮轮廓的表示和优化算法的选择。事实上，有人建议用一些常规和发展曲线来表示凸轮设计中的凸轮轮廓，例如摆线曲线、修正正弦曲线、修正梯形曲线、多项式曲线和B样条曲线[5–8]。一旦针对上述某种曲线生成轮廓，将检查几何特征和运动特征的可行性，同时重复该过程，直到实现可行的设计。为了避免凸轮磨损和从动件跳动，Flocker[9]提出了一种适用于单驻留凸轮从动件机构的改进梯形轮廓，使凸轮设计人员可以方便地选择最大向前或最大向后加速度值。蒋等[10]提出了一种基于通用Hermite凸轮位移的组合优化方法，在一定的速度范围内对高速凸轮从动件系统的振动进行最小化和限制，形成了优化问题的通用设计环境。Acharyya和Naskar[11]研究了分数次多项式mod-trap样条代替正弦加速度曲线，以最小化从动件冲击和接触应力，并进行了实验分析，以验证预测的加速度和冲击峰值。另一方面，许多传统的优化算法和进化优化算法被研究者用于凸轮优化设计。对于传统的优化算法，提出了黄金分割法[12]、拉格朗日乘子法[13]和克里格法[14]对凸轮廓线进行优化设计。另外，近年来一些学者将研究热点集中在遗传算法[15]、粒子群算法[16]和多目标优化[17]上，称为进化优化算法。Mermelstein和Acar[18]提出了一种基于分段多项式和重定义的二次规划算法的凸轮廓线综合方法，并对结果的有效性进行了说明。以遗传算法和模糊隶属函数为基础，采用6、7、8阶经典样条和6、8阶B样条设计凸轮位移函数，使从动件的加速度和冲动最小[19]。作为开发新型凸轮驱动发动机的一项重要研究工作，应用进化多目标优化方法[20]研究了一个复杂的凸轮形状优化问题，优化结果表明，与初始设计相比，进化多目标优化方法显著提高了发动机的整体性能。在高速凸轮从动件机构中，凸轮廓线的运动精度是影响整机性能的关键因素。几十年来，人们提出了几种方法[21–23]，通过减少从动件的非期望振动来改善凸轮从动件机构的动态特性。邱等[24]提出了一种通用的凸轮曲线优化设计方法，包括分度凸轮机构的运动学模型和动力学模型。Gatti和Mundo[25]通过建立四自由度动力学模型，对凸轮-从动件机构中从动件振动的控制进行了初步研究，该模型考虑了凸轮和凸轮轴的扭转和平移柔性以及阻尼的重要影响。由于闭式凸轮机构的动态效应、间隙、制造误差和装配误差等因素的影响，会产生从动件的跳动，因此，提出了一个三自由度动力学模型[26]，并利用一般廓线的赫兹理论研究了共轭凸轮廓线与从动件传动系之间的过盈配合。Cardona等人[27]提出了一种自动保证位移函数连续性的程序，该程序采用非参数Bézier曲线，用于生成等宽凸轮轮廓。Zhou等人[28]提出了一种利用傅里叶级数对高速凸轮机构进行设计和分析的创新方法，数值结果表明该方法能有效地降低凸轮机构的振动。Torrealba[29]发现了一种特殊的凸轮形状，用于最大化新型可调柔顺致动器的刚度变化范围，该致动器采用差分进化。迄今为止，将单目标优化方法与二自由度动力学模型统一起来，以改善凸轮从动件机构的运动学和动力学特性的文献很少。然而，凸轮从动件机构的正、负加速度不合适会导致运动不准确和残余振动严重，必须加以避免。因此，开发一种能够解决这些问题的新方法对凸轮设计具有重要意义。将单目标优化方法与动力学模型相结合，提出了一种改善凸轮从动件机构运动学和动力学特性的新方法。此外，数值结果将在以下几个方面进行详细说明：（i）从动件的运动特性，（ii）振动对从动件位移、速度和加速度的影响，（iii）高速下原始优化结果与优化结果的比较，刚度和阻尼对残余振动的影响。为了描述数学建模和优化问题，考虑了偏置压力机传动系统中凸轮从动件机构的CAD模型，如图1（a）所示。实际上，图1（b）所示的交付系统主要由凸轮、若干跟随器（夹持杆）、导轨、两个链轮、一个交付平台和一个机架组成。如图1（b）所示，凸轮用螺栓牢固固定在机架上，相反，从动件（夹持杆）以恒定速度在导轨上移动。输送系统的典型工作流程如下：安装在导轨上的链条由链轮驱动，同时称为从动件的夹持杆沿导轨顺时针方向移动，以完成收纸任务。当夹持杆接触凸轮时，打印色组的纸张被转移到前者。最后，携带纸张的夹持杆保持移动到一定的位置，从而使纸张准确地传送到传送平台。如图1（b）所示，凸轮用螺栓牢固固定在机架上，相反，从动件（夹持杆）以恒定速度在导轨上移动。输送系统的典型工作流程如下：安装在导轨上的链条由链轮驱动，同时称为从动件的夹持杆沿导轨顺时针方向移动，以完成收纸任务。当夹持杆接触凸轮时，打印色组的纸张被转移到前者。最后，携带纸张的夹持杆保持移动到一定的位置，从而使纸张准确地传送到传送平台。夹具的开闭电枢位置由凸轮廓线控制，因此凸轮廓线的位移、速度、加速度和冲击等运动特性必须在开闭动作时达到规定值。然而，随转速的增加，从动件的振动增大，导致运动不准确，冲击严重。另外，传统的凸轮设计方法是一种试错法，需要多次仿真，整个设计过程令人费时费力。因此，有必要发展一种优化设计方法来确定最合适的凸轮廓线，以消除从动件跳变，以及减少残余振动的峰值。为此，本文应讨论两个主要问题：（1）凸轮轮廓的适当表示(2）凸轮从动件机构的动力学建模。接下来，我们将对上述两大问题进行详细说明。文献[7]指出，许多已知的曲线，如摆线运动和简谐运动，只适用于低速凸轮从动件机构，其动力学效应可以忽略不计。然而，高速列车确实存在着较为复杂的动力学行为，在低速时明显偏离了预定的运动方向。据报道，[30]具有可调向前和向后加速度的改进梯形凸轮轮廓特别适合于多停留凸轮和从动件应用。此外，改进型梯形凸轮廓线的一个显著特点是设计简单，制造方便。[31]由于修正梯形加速度曲线的最大值较低，斜率有限，因此它是一种很好的高速动作停升停降曲线。本文根据实际情况，采用了一种改进的梯形曲线来表示从动件的加速度分布。正如多停留应用中的习惯，只考虑下降部分，上升函数只是反向运行的下降函数。另外，对于周期的下降段，足够大的负加速度更容易导致跟随跳跃，因此下降段成为研究的对象。在不丧失通用性的情况下，需要根据许多参数来定义加速度分布，以简化设计过程，称为归一化参数。如上所述，从动件运动曲线可以写成其中t和th分别表示时间和参考时间。这个ψ以及ψH分别输入从动件的摆角和总摆角。归一化形式的时间、角位移、角速度、角加速度和角加速度分别表示为T、S（T）、V（T）、a（T）和J（T）。根据图1，t表示滚子和凸轮的接触时间，ψhre表示从动件上下停留部分的摆动角度。如图2所示，应用归一化形式的修正梯形曲线来表示从动件加速度剖面的下降部分，并且相应的函数可以描述为其中a1表示负加速度的振幅，a2表示正加速度的振幅。归一化加速度曲线有8个节点（Ti，i=0,1，···7），将加速度函数分成7个部分。曲线上的时间间隔控制加速度从负向正的转换速度，反之亦然为了简化归一化加速度函数的表达式，定义了与时间间隔相连的两个中间变量将式（3）代入式（2），则不同形式的从动件角加速度函数可表示为通过微分方程（4）得到描述归一化角冲动的方程，并由下式给出实际上，从动件V（T）的角速度函数是通过积分加速度函数得到的，归一化角速度可以描述为式中，Ci（i=1,2，···7）表示角速度的积分系数同样，从动件角位移S（T）由速度积分确定，归一化位移可表示为其中Bi（i=1,2，···7）表示角位移的积分系数。要定义多个静止输出运动，必须在输出运动曲线的初始节点和终点节点处指定运动约束。一些学者[10]认为，对于高速凸轮从动件机构的低残余振动要求，速度连续性边界条件是不必要的。因此，确定速度和位移函数所需的边界条件如下：在运动曲线（2）的初始节点处，在运动曲线的终端节点处TSV=1，（1）=0，（1）=0除上述特殊边界条件外，速度V（T）和位移S（T）在6节（Ti，i=1,2，··6）中的连续性条件也满足要求。除上述特殊边界条件外，速度V（T）和位移S（T）在6节（Ti，i=1,2，··6）中的连续性条件也满足要求。在本节中，选择了一条修正的梯形曲线来表示从动件加速度剖面的下降部分，然而，这并不是加速度函数的唯一选择。为了满足设计要求，凸轮设计人员可以选择性能优良的功能代替上述的加速功能。以往，绝大多数凸轮从动件机构的动力学模型都被视为一个单自由度平移模型。然而，本文中等效质量和刚度的计算过于繁琐，而平移动力学模型不能揭示摆动从动件扭转振动的本质特征。为了说明加速度廓线的实用性，为优化提供指导，引入了一个两自由度扭转模型，如图3所示，描述了力闭凸轮从动件机构在偏置压力机输送系统中的动态行为。集中参数模型在许多方面考虑到了重要影响，例如套筒和夹持器的扭转柔韧性和阻尼、凸轮/滚子和夹持器/块接口处的接触柔顺性、回位弹簧（扭杆弹簧）和预紧力以及机械部件的质量和惯性。凸轮/滚柱接口接头为在下降部分由回位弹簧保持，但如果负加速度足够大，接口接头分离，导致不良现象，称为随动件跳跃，或就夹持杆而言，夹持器打开。为了避免凸轮从动件机构的不良振动，有必要建立精确的动力学模型来预测凸轮从动件机构的动态响应。图3所示的两自由度集总参数模型可由以下运动微分方程表示其中，J1和J2分别表示夹持器和从动件的等效惯性矩。C1表示夹持器与缸体之间的等效粘性阻尼，C2表示夹持器与套筒之间的等效粘性阻尼，C3表示扭杆弹簧的等效粘性阻尼。K1表示夹持器与缸体之间的等效扭转刚度，K2表示夹持器与套筒之间的等效扭转刚度，k3表示扭杆弹簧的等效扭转刚度。如图4所示，夹持器和块之间的接触刚度实际上是分段函数。当夹持器与块体分离时，接触刚度等于零，但如果夹持器接触块体，则接触刚度被人为设置为恒定值。夹持器和挡块之间的等效接触刚度可计算为其中ft1表示夹持器和滑块之间的接触力，lt1表示套筒中心和接触点之间的距离。αT1和δT1分别表示相对角和角变形。实际上，我们利用ANSYS软件对有限元模型[32]进行分析，得到了接触刚度。等效接触刚度kt1表示抗夹持器和块之间的接触变形的能力，与残余振动和接触力有关。等效扭转刚度k2也是一个分段函数。实际上，螺旋弹簧的刚度和初始长度分别为ksh0和H0。套筒中心和螺旋弹簧之间的距离为ds。为了计算等效扭转刚度k2，作了如下假设：（i）当弹簧力达到Fs时，弹簧的长度、扭转角和扭矩分别表示为Rs，δ砂Mds(ii）当弹簧力变为F*s时，弹簧长度、扭转角和弹簧扭矩分别表示为R*s，δ*砂M*ds。螺旋弹簧的等效扭转刚度ks2可定义为其中Ra和Rt表示固定长度，如图4所示。等效扭转刚度ks2表示提供螺旋弹簧预紧力的能力。其中ft2表示盖柱和套筒之间的接触力，lt2表示套筒中心和接触点之间的距离。αt2和δt2分别表示相对角和角变形。等效接触刚度kt2表示微调接触力Ft1的能力。式中aris为帽柱半径，d为埋深。E和Es分别表示帽柱和套筒的弹性模量。ν潘德ν分别记录帽柱和套管的泊松比。除赫兹接触理论外，Greenwood&Williamson[34]的线接触理论还考虑了粗糙表面，可以用来评价接触问题。一般情况下，凸轮从动件机构的运动行为通常采用最大位移、最大速度、最大加速度和最大脉动。根据[30]，选择上述最大归一化角加速度Amax作为目标函数，归一化时间Ti（i=1,2，···6）作为设计变量。此外，由于空间有限，一个完整的约束列表是不可行的，在[32]中可以找到等式约束和不等式约束的细节，如geomtrcandkinematicquireentsforhepr。为了减少工作量，提高效率，采用了一种比较实用的SQP[36]技术，该技术处理了等式约束和不等式约束，实现了优化过程。由于图2所示的归一化加速度函数由粘贴在一起的七个独立区域组成，因此它们的计算最适合于方程求解程序，例如二次规划算法。为了最大限度地利用优化算法和数学建模的优点，提出了一种自动实现