蘇勇達，林松，王瀚超，江競宇

新型高速包裝機推手機構(gòu)的系統(tǒng)化設(shè)計方法研究

蘇勇達1，林松*,2，王瀚超2，江競宇2

（1.同濟大學(xué) 中德學(xué)院，上海 201804；2.同濟大學(xué) 機械與能源工程學(xué)院，上海 201804）

為提升高速包裝機械的工作效率，新型煙包推手機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計受到重視，其主要設(shè)計難點在于要求煙包推手機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件按某種復(fù)雜軌跡進行精確運動并保持特定姿態(tài)。因此，本文基于德國產(chǎn)品研發(fā)標準VDI 2742、產(chǎn)品研發(fā)方法VDI 2221和現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)理論，結(jié)合煙包推手機構(gòu)的復(fù)雜軌跡要求和特定姿態(tài)要求，提出一種系統(tǒng)化的煙包推手機構(gòu)設(shè)計方法。首先，根據(jù)系統(tǒng)化的煙包推手機構(gòu)設(shè)計方法，對有復(fù)雜軌跡和姿態(tài)要求的新型煙包推手機構(gòu)進行需求設(shè)計和概念設(shè)計，得到新型的煙包推手機構(gòu)方案；其次，依據(jù)煙包推手機構(gòu)技術(shù)需求清單的尺度要求，對新型煙包推手進行精細設(shè)計，得到機構(gòu)構(gòu)件的具體參數(shù)；最后，根據(jù)設(shè)計所得的構(gòu)件參數(shù)，對新型煙包推手機構(gòu)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用Adams軟件進行動態(tài)分析，驗證了煙包推手裝置的可行性。通過機構(gòu)方案設(shè)計結(jié)果，證明該機構(gòu)設(shè)計方法能實現(xiàn)對煙包推手機構(gòu)的系統(tǒng)化設(shè)計，大大提高機構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)性、有效性以及可行性。

現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)理論；系統(tǒng)化機構(gòu)設(shè)計方案；煙包推手機構(gòu)

隨著工業(yè)智能化、信息化的發(fā)展，企業(yè)對自動化生產(chǎn)包裝機械的依賴和研發(fā)日益增加，生產(chǎn)包裝設(shè)備自動化的水平日益提高[1]。在自動化包裝設(shè)備工作過程中，為了提高生產(chǎn)包裝設(shè)備的效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，對設(shè)備執(zhí)行構(gòu)件往往有復(fù)雜的工藝要求，如要求設(shè)備執(zhí)行構(gòu)件按某種復(fù)雜軌跡運動或保持特定運動姿態(tài)等[2]，這就要求對實現(xiàn)特定工藝要求的機構(gòu)進行創(chuàng)新設(shè)計。

在煙包包裝機自動化進程中，提升包裝機工作效率的關(guān)鍵是煙包推手裝置。因此，對高速煙包包裝機的推手機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，引起了相關(guān)企業(yè)和學(xué)者的重視，并取得不斷突破。如吳旭等[3]根據(jù)特定的機構(gòu)運動要求，提出一種基于機構(gòu)逆運動學(xué)分析和機構(gòu)組合的煙包推手機構(gòu)設(shè)計方案；田曉鴻等[4]根據(jù)機構(gòu)運動軌跡，選擇用凸輪-連桿組合機構(gòu)，進行煙包推手機構(gòu)的解析法設(shè)計；陳祁華等[5]基于實現(xiàn)運動軌跡的凸輪，采用曲柄搖桿-凸輪并聯(lián)組合機構(gòu)，實現(xiàn)對煙包推手裝置的設(shè)計。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)者現(xiàn)階段對煙包推手機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計是按特定的機構(gòu)組合方案來實現(xiàn)的，不能系統(tǒng)性地解決問題，對此類工程問題不具備普遍適用性。

由此可知，針對煙包推手機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，尚未有系統(tǒng)化的機構(gòu)設(shè)計方法。本文基于現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)理論，針對新型煙包推手機構(gòu)，提出一種系統(tǒng)化的機構(gòu)設(shè)計方法。

1 煙包推手機構(gòu)方案設(shè)計

基于德國產(chǎn)品研發(fā)標準VDI 2742、產(chǎn)品研發(fā)方法VDI 2221和現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)理論[6]，實現(xiàn)對煙包推手機構(gòu)的系統(tǒng)化設(shè)計，設(shè)計步驟為：產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)需求；機構(gòu)功能要求分析和提取；煙包推手機構(gòu)方案求解；機構(gòu)方案評價和生成；機構(gòu)方案工作原理分析；煙包推手機構(gòu)方案確定。

1.1 產(chǎn)品設(shè)計需求分析

煙包推手裝置的主要功能是，以特定推手姿態(tài)，實現(xiàn)沿著給定軌跡的導(dǎo)向運動，并有效避讓下組煙包。根據(jù)企業(yè)設(shè)計任務(wù)書所提出的技術(shù)要求，完成煙包推手裝置設(shè)計要求示意圖，如圖1所示。

圖1 煙包推手裝置設(shè)計要求示意圖

煙包推手裝置在工作行程中，實現(xiàn)推手推程的水平直線運動，回程的角度偏轉(zhuǎn)規(guī)避運動，運動軌跡呈“鼠身”，并推手保持平動姿態(tài)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)“產(chǎn)品研發(fā)方法學(xué)”的相關(guān)概念，借鑒德國產(chǎn)品研發(fā)方法VDI 2221[7]，參照圖1所示的企業(yè)給定的具體技術(shù)要求，從功能、幾何參數(shù)、技術(shù)指標三個方面出發(fā)，制定出如表1所示的技術(shù)需求清單，明確設(shè)計所需的具體設(shè)計要求。

表1 推手裝置技術(shù)需求清單

注：F表示固定需求，指必須滿足的，一般有特定的參數(shù)范圍限制或者具體特性要求。

1.2 機構(gòu)功能要求的分析和提取

根據(jù)技術(shù)需求清單，采用機構(gòu)功能分解的方法，分別從運動軌跡的“局部到整體”和“整體到局部”兩個方面分析煙包推手機構(gòu)的運動任務(wù)，提取具體化的機構(gòu)子功能。

1.2.1 從運動軌跡的“局部到整體”分析機構(gòu)的運動子功能

從煙包推手機構(gòu)運動軌跡的“局部到整體”分析，發(fā)現(xiàn)運動軌跡曲線由水平直線和偏轉(zhuǎn)曲線組成。因此，將其工作行程分為水平往復(fù)直線運動和回程軌跡偏轉(zhuǎn)運動。

水平往復(fù)直線運動通過直線運動子功能與往復(fù)平動的子功能來實現(xiàn)，回程軌跡偏轉(zhuǎn)運動通過回程軌跡偏轉(zhuǎn)子功能來實現(xiàn)。因此，煙包推手機構(gòu)的功能要求，可提取出機構(gòu)的子功能、、，其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。分析機構(gòu)功能結(jié)構(gòu)，得出子功能之間的組合方式，實現(xiàn)直線運動的機構(gòu)模塊與實現(xiàn)往復(fù)平動的機構(gòu)模塊并聯(lián)組合，再串聯(lián)能實現(xiàn)軌跡回程偏轉(zhuǎn)的機構(gòu)模塊，因此其子功能組合方式，如圖3所示。

圖2 推手機構(gòu)功能結(jié)構(gòu)樹狀圖（“局部→整體”）

圖3 機構(gòu)子功能組合方式（“局部→整體”）

1.2.2 從運動軌跡的“整體到局部”分析機構(gòu)的運動子功能

從煙包推手機構(gòu)運動軌跡的“整體到局部”分析，發(fā)現(xiàn)運動軌跡曲線可由近似的運動軌跡曲線初步實現(xiàn)，但為保證運動軌跡的準確直線要求，必須對曲線進行水平直線補償。因此，將其工作行程分為閉合曲線軌跡近似運動和軌跡補償運動。

閉合曲線軌跡近似運動通過閉合曲線軌跡運動子功能和往復(fù)平動子功能來實現(xiàn)，軌跡補償運動通過軌跡補償子功能來實現(xiàn)。因此，煙包推手機構(gòu)的功能要求，可提取出機構(gòu)的子功能、、，其功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。分析機構(gòu)功能結(jié)構(gòu)，得出子功能之間的組合方式，實現(xiàn)閉合曲線軌跡運動的機構(gòu)模塊與實現(xiàn)往復(fù)平動的機構(gòu)模塊裝載式組合，再并聯(lián)實現(xiàn)軌跡補償?shù)臋C構(gòu)模塊，因此其子功能組合方式，如圖5所示。

圖4 推手機構(gòu)功能結(jié)構(gòu)樹狀圖（“整體→局部”）

圖5 機構(gòu)子功能組合方式（“整體→局部”）

1.3 煙包推手機構(gòu)方案求解

根據(jù)所得到的機構(gòu)子功能，通過搜索權(quán)威的機構(gòu)設(shè)計圖冊集、機構(gòu)模型集，求解得能實現(xiàn)具體子功能的機構(gòu)解。以子功能為功能特征，以機構(gòu)解為功能載體，建立機構(gòu)方案的形態(tài)學(xué)矩陣[8]，按照功能排列組合的方式求解出滿足功能要求的機構(gòu)組合方案。

1.3.1 機構(gòu)方案求解（“局部到整體”）

根據(jù)煙包推手機構(gòu)的子功能、、，分別求解得能實現(xiàn)其子功能的機構(gòu)解。將子功能、、作為形態(tài)學(xué)矩陣的豎列，將機構(gòu)解作為形態(tài)學(xué)矩陣的橫排，按優(yōu)先順序排列，建立煙包推手機構(gòu)方案的形態(tài)學(xué)矩陣，如表2所示。

1.3.2 機構(gòu)方案求解（“整體到局部”）

根據(jù)煙包推手機構(gòu)的子功能、、，可以分別求解得能實現(xiàn)其子功能的機構(gòu)解。將子功能、、作為形態(tài)學(xué)矩陣的豎列，將機構(gòu)解作為形態(tài)學(xué)矩陣的橫排，按優(yōu)先順序排列，建立煙包推手機構(gòu)方案的形態(tài)學(xué)矩陣，如表3所示。

1.3.3 機構(gòu)功能組合方案初步篩選

在考慮機構(gòu)組合方式可行性的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述形態(tài)學(xué)矩陣，進行系統(tǒng)性的求解，得到實現(xiàn)總功能的機構(gòu)方案。

但這樣形成的機構(gòu)方案數(shù)目過大，對于評選篩查有困難。因此，對所得到的機構(gòu)功能組合方案進行初步篩選，分別從機構(gòu)組合的相容性與協(xié)調(diào)性、優(yōu)先選擇對主要子功能的較優(yōu)解這兩個方面來考慮，如形態(tài)學(xué)矩陣中的4在結(jié)構(gòu)上不能與子功能對應(yīng)的機構(gòu)解進行組合等。建立機構(gòu)功能組合方案篩選表，如表4所示，列舉部分方案進行說明。

表2 機構(gòu)方案（“局部到整體”）的形態(tài)學(xué)矩陣

表3 機構(gòu)方案（“整體到局部”）的形態(tài)學(xué)矩陣

表4 煙包推手機構(gòu)功能組合方案篩選

注：●表示滿足；◎表示不完全滿足；○表示不滿足。

通過初步篩選，除去不合理的機構(gòu)功能組合方案，得到少數(shù)合理方案，方便之后的評價決策。

1.4 機構(gòu)方案評價和生成

為評價出上述的機構(gòu)功能組合方案中的最優(yōu)方案，以機構(gòu)的功能屬性、工作性能、動力性能、結(jié)構(gòu)性能、經(jīng)濟性這五個方面作為一級評價指標。對這五個方面進行分析，歸納整理出二級評價指標，從而建立起機構(gòu)功能組合方案評價指標體系。運動規(guī)律、傳動精度、運動協(xié)調(diào)配合屬于機構(gòu)功能屬性的二級評價指標；運轉(zhuǎn)速度、承載能力、應(yīng)用范圍、運動可調(diào)性屬于機構(gòu)工作性能的二級評價指標；加速度峰值、可靠性、噪聲、振動屬于機構(gòu)動力性能的二級評價指標；尺寸、重量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性屬于結(jié)構(gòu)性能的二級評價指標；制造難易程度、能耗、材料利用率屬于經(jīng)濟性的二級評價指標。

針對煙包推手機構(gòu)，根據(jù)技術(shù)需求清單，主要從傳動精度、運動協(xié)調(diào)配合、承載能力、可靠性、尺寸和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性這六個方面進行評價，最終優(yōu)選出最佳的機構(gòu)方案。參照德國產(chǎn)品研發(fā)方法VDI 2221中的綜合評估方法制定加權(quán)評估表，依據(jù)選定“評價指標”和用戶需求分配相應(yīng)“權(quán)重”，根據(jù)各組合方案的實際特性對相應(yīng)的權(quán)數(shù)進行賦值，如組合方案111的機構(gòu)復(fù)雜性比111簡單，組合方案111運動協(xié)調(diào)性比221良好，得到如表5所示的評估表。

表5 煙包推手機構(gòu)加權(quán)評估表

注：（1）權(quán)數(shù)滿分為10分；（2）評價指標“結(jié)構(gòu)復(fù)雜性”，10分為最簡單，1分為最復(fù)雜；（3）對于其他的評價指標，權(quán)數(shù)越高代表該項指標越好。

根據(jù)評估表中的計算結(jié)果，在從“整體到局部”的煙包推手機構(gòu)方案中，遴選出111機構(gòu)功能組合方案。

1.5 機構(gòu)方案工作原理分析

根據(jù)機構(gòu)擇優(yōu)結(jié)果，對機構(gòu)方案進行機構(gòu)組合工作原理分析。在“從整體到局部”的煙包推手機構(gòu)方案中遴選出的111機構(gòu)功能組合方案，其機構(gòu)組合工作原理圖，如圖6所示。依據(jù)機構(gòu)組合工作原理圖，實現(xiàn)對煙包推手機構(gòu)的精細設(shè)計。

圖6 D1E1F1機構(gòu)組合工作原理圖

2 新型煙包推手機構(gòu)

鑒于機構(gòu)方案評價的結(jié)果，以111機構(gòu)功能組合方案進行煙包推手機構(gòu)的精細設(shè)計。

2.1 D1－實現(xiàn)閉合曲線軌跡近似綜合

1為基礎(chǔ)四桿機構(gòu)，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，能再現(xiàn)給定的運動規(guī)律或者運動軌跡。其功能是實現(xiàn)對運動軌跡的近似綜合。根據(jù)煙包推手機構(gòu)技術(shù)需求清單的幾何參數(shù)，選擇軌跡曲線的三個極限平面位置點，分別為14、25、36，并利用Burmester平面機構(gòu)綜合理論的三位置運動生成幾何綜合方法[12-13]，求解得滿足機構(gòu)幾何參數(shù)要求的基礎(chǔ)四桿機構(gòu)，如圖7所示。

選取合適的機架點0、0作為基礎(chǔ)四桿機構(gòu)的固定鉸鏈。作12和45、13和46、23和56的中垂線，并得到它們的交點，取得極點三角形121323。作0與極點12和極點13的連線，并將兩連線與1223和1323的夾角，分別反向地作到極點12和極點13處的相鄰極邊上。該兩角的自由邊之間的交點，即為基點123。相關(guān)點1、2、3是基點123關(guān)于極點三角形各邊1213、1223和1323的對稱點。類似地，將0與兩極點12和23相連，從而求得基點123?；c123對各極邊的對稱相關(guān)點1、2、3。在圖中畫出所求得的基礎(chǔ)四桿機構(gòu)在位置1的圖形0110，按照所設(shè)定的圖形比，獲得相關(guān)機構(gòu)參數(shù)，如圖8所示。在誤差允許范圍內(nèi)調(diào)整機構(gòu)參數(shù)，使其趨于整數(shù)化，便于構(gòu)件結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工制造，如表5所示。

2.2 E1－機構(gòu)組合實現(xiàn)平動姿態(tài)要求

1為雙平行四邊機構(gòu)，與上步驟所得的基礎(chǔ)四桿機構(gòu)有良好的相容性，能夠相互協(xié)調(diào)和適應(yīng)。針對基礎(chǔ)四桿機構(gòu)與1采用裝載式機構(gòu)組合方法。裝載式機構(gòu)組合，即將一個附加機構(gòu)裝載在基本機構(gòu)的運動構(gòu)件上[14]。

如圖9所示，將雙平行四邊機構(gòu)裝載在基礎(chǔ)四桿機構(gòu)上，連接1與作為雙平行四邊形機構(gòu)的連桿1，取連桿11長度為50 mm，得到能實現(xiàn)推手平動姿態(tài)要求的基礎(chǔ)四桿-雙平行四邊形組合機構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)結(jié)構(gòu)特點，對組合機構(gòu)進行簡化，去除連桿1，有利于后續(xù)機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.3 F1－實現(xiàn)軌跡補償運動

根據(jù)技術(shù)需求清單，分析上步驟所得組合機構(gòu)的運動軌跡，可得當∈（208°, 354°）時，煙包推手機構(gòu)要進行水平直線運動。

圖7 煙包推手機構(gòu)運動軌跡三個平面位置及其求解

A0、B0為機架點；a、b為兩個機架點在垂直方向和水平方向上的距離；α為主動件的輸出角度；l1、l2、l3為構(gòu)件1、2、3的長度；l4、l5為構(gòu)件2上A1點到E點的距離和E點到K點的距離；β為構(gòu)件2上∠KEB1的角度；Hh為推手實際運動軌跡的回程避讓高度；Lh為推手實際運動軌跡的直線推送距離。

表5 基礎(chǔ)四桿機構(gòu)參數(shù)

圖9 初始四桿-雙平行四邊形組合機構(gòu)

因此，在機架0、0處引入補償調(diào)整運動軌跡的凸輪機構(gòu)1，其作用是調(diào)整機架點0、0在垂直方向上的位置，實現(xiàn)機構(gòu)運動軌跡與軌跡要求相符合。通過機構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系，借助MATLAB計算∈（208°, 354°）的補償量，以及期望運動軌跡，如圖10所示。

為實現(xiàn)推手裝置能在單一勻速驅(qū)動電機下完成工作，且共軛凸輪具備良好的運動傳遞性，因此采用共軛凸輪-曲柄滑塊組合機構(gòu)實現(xiàn)構(gòu)件00在垂直方向上的往復(fù)直線運動，分析得機構(gòu)組合工作原理圖，如圖11所示。

3 新型煙包推手裝置仿真分析

3.1 煙包推手裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)圖9所示的基礎(chǔ)四桿-雙平行四邊形組合機構(gòu)以及機構(gòu)的構(gòu)件參數(shù)，設(shè)計該組合機構(gòu)的三維模型，如圖12所示。

使用SolidWorks軟件對凸輪從動件、連桿、滑塊、滾子、機架進行三維建模。利用MATLAB，求解得共軛凸輪輪廓曲線，從而得到共軛凸輪-曲柄滑塊組合機構(gòu)裝配圖，如圖13所示。

圖10 煙包推手機構(gòu)運動軌跡補償量及其分析

依據(jù)圖11所示的煙包推手機構(gòu)方案工作原理圖，分析煙包推手裝置裝配工作原理圖解。根據(jù)煙包推手裝置裝配工作原理圖解，完成對煙包推手裝置的裝配，得到煙包推手裝置模型，如圖14所示。

圖11 煙包推手機構(gòu)方案工作原理圖及其機構(gòu)簡圖

圖12 基礎(chǔ)四桿-雙平行四邊形機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

圖13 共軛凸輪-曲柄滑塊組合機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖14 煙包推手裝置結(jié)構(gòu)裝配圖

3.2 煙包推手裝置運動仿真

依據(jù)在SolidWorks軟件中建立的三維實體模型，將其導(dǎo)入動力學(xué)仿真分析軟件Adams。在Adams/View中，定義煙包推手模型的運動副、外載、重力，設(shè)定材料和轉(zhuǎn)速，建立起煙包推手裝置的動力學(xué)模型，如圖15所示。

圖15 煙包推手裝置的動力學(xué)模型

根據(jù)技術(shù)需求清單表1，可知煙包推手裝置的工作速度為500 r/min，在Adams/View中設(shè)定輸入軸轉(zhuǎn)速為3000 o/s，煙包推手軌跡運動周期＝0.12 s。為驗證煙包推手仿真模型的正確性，利用Adams/View求解得，煙包推手執(zhí)行構(gòu)件的運動軌跡和運動姿態(tài)，

并將由MATLAB計算得出的運動軌跡解析解與其仿真運動軌跡進行對比，如圖16所示。

如圖16所示，可知運動軌跡解析解與運動軌跡仿真解一致，且姿態(tài)保持平動，因此煙包推手仿真模型可靠。煙包推手裝置的主要運動方向為水平方向，該方向的運動特性對煙包質(zhì)量影響最大[15]。因此，主要分析煙包推手工作構(gòu)件在水平方向上的速度和加速度對煙包質(zhì)量的影響，如圖17所示。

煙包受摩擦力作用，因此能保持與推手接觸，且其速度和加速度與推手基本一致。當1＝0.013 s時，推手與煙包接觸，此時推手在水平方向上的速度較小，加速度變化平穩(wěn)，也就是說推手與煙包的接觸近似為無速度突變接觸，接觸良好。當2＝0.072 s時，推手與煙包分離，此時推手在水平方向上的速度較小，加速度變化影響不大，不會對煙包造成損傷。

圖16 煙包推手運動軌跡解析解和仿真解對比

圖18 機構(gòu)設(shè)計方法流程圖

4 結(jié)論

本文基于現(xiàn)代產(chǎn)品研發(fā)理論，針對有運動軌跡要求的煙包推手，提出一種系統(tǒng)化的煙包推手機構(gòu)設(shè)計方法。該機構(gòu)設(shè)計方法的流程圖，如圖18所示。

具體設(shè)計步驟如下：

（1）根據(jù)企業(yè)的設(shè)計任務(wù)書提出的技術(shù)要求，制訂技術(shù)需求清單，明確設(shè)計的具體要求；

（2）基于技術(shù)需求清單，對機構(gòu)功能要求提取和分析，得到機構(gòu)子功能及其功能組合方式和機構(gòu)功能結(jié)構(gòu)樹狀圖；

（3）根據(jù)劃分的子功能，搜索權(quán)威的機構(gòu)設(shè)計圖冊集、機構(gòu)模型集，求解得能實現(xiàn)具體子功能的機構(gòu)解，以子功能作為功能特征，以求解得的單元機構(gòu)作為功能載體，得到機構(gòu)方案形態(tài)學(xué)矩陣；

（4）通過建立機構(gòu)功能組合方案評價體系，對煙包推手機構(gòu)功能組合方案進行指標評價，根據(jù)評價結(jié)果進行擇優(yōu)，遴選出最優(yōu)機構(gòu)方案；

（5）根據(jù)機構(gòu)擇優(yōu)結(jié)果，對機構(gòu)方案進行機構(gòu)組合工作原理分析，得到機構(gòu)組合工作原理圖。

應(yīng)用此設(shè)計方法實現(xiàn)對新型煙包推手機構(gòu)的方案設(shè)計，驗證了方法的可行性和準確性。通過機構(gòu)運動分析，證明了機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件能準確的實現(xiàn)給定的運動軌跡和姿態(tài)要求。利用Adams動力學(xué)仿真，求得煙包推手執(zhí)行構(gòu)件的速度和加速度曲線，分析得煙包推手的動態(tài)特性，計算結(jié)果表明，該推手能平穩(wěn)的實現(xiàn)煙包推送，并保證煙包質(zhì)量。

綜上所述，實踐證明該系統(tǒng)化的機構(gòu)設(shè)計方法，能實現(xiàn)對復(fù)雜軌跡和姿態(tài)要求的煙包推手機構(gòu)的方案設(shè)計，大大提高機構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)性和準確性。本文結(jié)合了產(chǎn)品研發(fā)方法和理論，實現(xiàn)對機構(gòu)系統(tǒng)化的創(chuàng)新設(shè)計，拓展了現(xiàn)代機構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新思路，為有軌跡和姿態(tài)要求的機構(gòu)方案設(shè)計提供了系統(tǒng)化的設(shè)計思路。

[1]柴彬鵬，馬名妍. 自動化在包裝機械中的應(yīng)用和展望[J]. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017（4）：154，156.

[2]劉桂萍，薛青青. 基于微型遺傳算法實現(xiàn)特定軌跡和姿態(tài)要求的新型機構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化[J]. 中國機械工程，2013，24（6）：736-741.

[3]吳旭，任子文. 具有速度和姿態(tài)要求軌跡的凸輪連桿機構(gòu)設(shè)計[J]. 機械設(shè)計與研究，2008（2）：117-120.

[4]黃偉華. 橢圓齒輪在煙草高速包裝機中的應(yīng)用研究[J]. 機械設(shè)計與研究，2008（2）：97-99.

[5]陳祁華，吳建軍，林齊. YB517型煙草包裝機推煙包機構(gòu)的設(shè)計與仿真[J]. 機械制造與自動化，2016，45（1）：42-144.

[6]Beate B，Kilian G. Pahl/Beitz Konstruktions-lehre[M]. Springer Vieweg，Berlin，Heidelberg，2021.

[7]VDI 2221. Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte[S]. Verein Deutscher Ingenieure，Duesseldorf，1993.

[8]萬強，林松，任子文. 基于形態(tài)學(xué)與層次分析法的機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計[J]. 機械設(shè)計與研究，2013，29（3）：6-8，22.

[9]Hanfried K，Burkhard C，Mathias H. Getriebe-technik[M]. Springer Vieweg，Wiesbaden，2015.

[10]Herbert W，Dieter J，Joachim V. Maschinen-elemente[M]. Springer Vieweg，Wiesbaden，2003.

[11]Lin Song. Getriebesynthese nach unscharfen Lagenvorgaben durch Positionierung eines vorbe-stimmten Getriebes[D]. VDI Verlag，1999.

[12]王愛芳，陳國輝. 機械原理[M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2018.

[13]（德）K. 洛克，K.-H. 莫德勒，編. Kurt Luck，Karl-Heinz，孔建益，譯. 機械原理分析、綜合、優(yōu)化[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[14]白皛，陶春生，馬松柏. 基于Pro/E的食品包裝機械四桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]. 北京工商大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，29（4）：58-60，63.

[15]胡波，周長江，任子文. 新型超高速包裝機鋁箔紙煙包推手裝置建模與運動特性研究[J]. 煙草科技，2015，48（4）：76-81.

Research on the Systematic Design Scheme of the Push-Hand Mechanism of the New High-Speed Packaging Machine

SU Yongda1，LIN Song2，WANG Hanchao2，JIANG Jingyu2

(1.Sino-German School for Postgraduate Studies, Tongji University, Shanghai 201804, China;2.School of Mechanical Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China)

In order to improve the working efficiency of high-speed packaging machinery, the innovative design of the cigarette pack pusher mechanism has received attention. The main design difficulty lies in the requirement that the executive member of the cigarette pack pusher mechanism accurately move in a specific posture and follow a certain complex trajectory. Therefore, based on the German product development standard-VDI 2742, product development method-VDI 2221 and modern product development theories, this paper proposes a systematic design method for the cigarette package pusher mechanism, combining the complex trajectory requirements and specific posture requirements of the cigarette package pusher mechanism. First of all, according to the systematic design method of the cigarette pack pusher mechanism, the demand design and conceptual design of the new cigarette pack pusher mechanism with complex trajectory and posture requirements are carried out to obtain a new type of cigarette pack pusher mechanism scheme. Secondly, according to the technology of the cigarette pack pusher mechanism According to the scale requirements of the demand list, the new cigarette pack pusher is finely designed to obtain the specific parameters of the mechanism components. Finally, the new cigarette pack pusher mechanism is designed according to the designed component parameters, and the Adams software is used for dynamic analysis to verify the feasibility of the cigarette pack pushing device. Through the design results of the mechanism scheme, it is proved that the mechanism design method can realize the systematic design of the cigarette pack pushing mechanism, which greatly improves the systematic, effectiveness and feasibility of the mechanism design.

modern product research and development theory；systematic mechanism design scheme；cigarette pack pusher mechanism

TH112

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2021.06.009

1006-0316 (2021) 06-0054-10

2021-03-07

蘇勇達（1995－），男，福建泉州人，碩士研究生，主要研究方向為產(chǎn)品研發(fā)方法及其智能設(shè)計，E-mail：1833352@#edu.cn。*通訊作者：林松（1957－），男，四川蒼溪人，工學(xué)博士（德），教授，主要研究方向為產(chǎn)品研發(fā)方法及其智能設(shè)計、虛擬產(chǎn)品生成及其數(shù)字孿生、智能裝置及其人機協(xié)調(diào)和技術(shù)系統(tǒng)可靠性及安全設(shè)計，E-mail：slin@#edu.cn。