免装配设计具有简化结构、减小体积和质量、无需装配等诸多优点，具有广阔的发展前景。3D打印技术的兴起为免装配设计带来了新的发展机遇，免装配设计理论与方法研究显得更为迫切。本文提出了免装配柔性机构的型综合方法，研究了基于变密度法的柔性机构拓扑优化技术，利用基于拓扑结构优化的免装配设计方法和基于刚性机构柔性化的免装配设计方法对柔性夹钳进行了免装配设计。论文的主要研究内容如下：（1）对柔性机构的型综合方法进行了研究。针对运动副、运动链及机构进行了免装配设计。按照刚性运动副的五级划分，将每一级的刚性运动副转化为相应的柔性铰链。在此基础上提出了两种免装配柔性机构型综合方法。（2）研究了变密度法拓扑优化技术。建立了拓扑优化模型，采用了SIMP法、RAMP法和“四舍五入”法三种变密度法拓扑优化方法对算例模型进行了求解，比较了三种方法的优缺点，为二维柔性夹钳的设计提供了理论依据。（3）设计了一种二维免装配柔性夹钳。采用变密度法对二维柔性夹钳进行了拓扑结构设计，然后用经验法重构模型并进行了力学性能分析，验证了柔性夹钳设计结果的有效性。对重要参数进行了分析，说明了将免装配设计与拓扑优化结合起来是切实可行的。（4）设计了一种三维免装配柔性夹钳。采用滑块摇杆机构为原型，计算了各杆件尺寸及位置，采用经验法将机构中的运动副转化为柔性铰链。对三维柔性夹钳的模型进行了力学性能仿真和运动过程分析，研究结果表明本文所提出的三维免装配机构设计的思路是切实可行的。论文结合免装配设计与拓扑优化技术，提出了二维及三维柔性夹钳的设计方法，并分析了设计中的重要参数和影响因素。研究对于免装配柔性产品的设计具有一定的理论和实际指导意义。