近年来,无菌砖包设备在饮品市场飞速发展,其需求量随之不断增长。目前国内外无菌砖包机在生产速度、包装精度等方面的差异,致使大型饮品企业普遍采用跨国企业设备,进而导致无菌砖包饮品价格居高而中小企业市场竞争力不足的局面,因此研发具有更高性能的无菌砖包设备对保证国内市场健康发展意义重大。本课题以某企业BH7500无菌砖包机为研究对象,根据预成型机构的运动特点对执行机构进行运动学分析,通过ADAMS仿真分析研究无菌砖包预成型机构高速下运动失真的原因;为确保零部件的性能要求与机构动态稳定性,应用ANSYS Workbench对部分零件进行静力学分析、模态分析、拓扑优化。基于仿真结果进行优化设计,同时,通过建立动力学模型与谐波分析法研究构件参数对执行机构末端动态响应的影响。主要研究内容和研究成果如下:（1）基于ADAMS的无菌砖包机预成型机构动态仿真。根据无菌砖包预成型机构工况,通过ADAMS动态仿真获取摆臂、立轴等零件的速度、受力等数值曲线,研究机构在高速下运动失稳的原因。结果表明,立轴位移与摆臂角度的数值关系可以简化凸轮推程角设计过程;实际工况下发生高副失效的位置在进包与出包处,等速区段夹爪运动平稳;凸轮与摆臂滚子接触载荷在工作循环中变化幅度较大,最大接触力接近10000 N。预成型机构运动失稳主要由凸轮推程角设计不合理以及摆臂弹簧刚度不足造成。（2）基于ANSYS Workbench的预成型机构动静特性分析。通过静力学分析研究不同工况下预成型机构零部件的应力应变情况,通过模态分析研究预成型机构的振动特性,根据拓扑优化结果提出轻量化建议。结果表明,各部件均满足强度要求,但驱动连杆、摆臂等零件存在较大位移量,支撑座结构性能符合设计要求;模态分析计算前6阶固有频率范围为64.55～198.4 Hz,实际转速下的激励小于固有频率,设备在更高转速下不会共振;通过拓扑优化获得轻量化结构,对轭架、支撑座等构件进行改进并校核。（3）预成型机构驱动凸轮优化设计。根据ADAMS仿真结果与工艺要求,对机构的运动参数微调并选择合适的运动规律,以动静载荷比最小化为为设计原则,重新计算凸轮尺寸参数并构件三维模型,研究优化设计凸轮各项参数指标。结果表明,优化设计凸轮曲率半径、压力角均满足设计要求,类速度、类跃度等参数表明可实现预成型机构稳定运动。（4）预成型高速凸轮机构的动态分析。根据预成型机构各构件的运动关系,采用复数矢量法求解工作端的位移数学解析,通过建立动力学模型研究质量、刚度等参数对运动偏差的影响,采用谐波分析法研究优化凸轮驱动的机构在全工作循环内夹爪的运动偏差。结果表明,零部件质量的削减有利于减小机构高速下的响应误差;夹爪运动偏差符合设计标准,执行机构末端夹爪可实现精确定位。