我国的烟机工业发展较晚,相关的设备和技术多被国外企业所垄断。近年来,随着国家大力振兴装备制造业目标的提出,进一步发展烟机行业的装备制造水平势在必行。目前,国内卷烟厂在进口国外设备的同时也存在大量没有实现自动化的设备,往往需要人工操作,效率低下,很难满足生产的需要。本文针对现有滤棒成型机的人工卸料问题,设计研发了一款卷烟滤棒自动翻转卸盘机,以实现自动上料、翻转卸料以及空周转盒的回收。首先,根据设备使用现场及功能要求,明确运动要求和结构设计参数。通过TRIZ理论对卷烟滤棒自动翻转卸盘机进行系统分析,明确了卷烟滤棒自动翻转卸盘机的发展趋势和设计方向,进而确定了系统的组成。针对设计目标,确定了实现各功能的运动方案,根据运动方案分别设计了各部分的结构,同时根据使用条件选定关键气缸部件,并完成了样机的主要结构设计。其次,通过对影响翻转速度的因素进行分析,得出翻转机构质量与翻转速度的关系;进一步分析了翻转机构质量对于翻转轴轴承的影响,得到了动态载荷与轴承变形以及轴承使用寿命的关系;利用虚拟样机技术,对翻转机构进行运动学仿真分析,得出翻转机构运动的质心轨迹和相应力矩曲线。分析结果为卸盘机翻转速度的设定和结构进一步优化提供了基础。最后,经过质量对比确定翻转机构中可进行减重设计的构件,采用拓扑优化方法对其进行减重设计。参考优化结果,考虑结构合理性和可制造性对拓扑优化模型进行重新建模,并进行了有限元静力学分析,验证其满足强度和刚度使用要求,通过有限元模态分析,验证了结构的稳定性和可靠性。最终翻转机构的质量减少10.262kg,减重比达14.6%,有效地减轻了翻转机构的质量。