随着机械行业的日益发展,机械设计也日益受到重视,而机械结构设计是机械设计中工作量最大,影响最大,也是最重要的一环。机械结构设计既要保证机械产品能够满足主要的机械功能,又要考虑到产品需要符合使用者的使用要求,提高产品的质量和性价比,并要求设计者有一定的创新能力。机械产品在多个领域当中都发挥着及其重要的作用,也因此诞生了不同的机械结构设计的设计过程,即使不同的过程之间会有很多不同的地方,但设计内容也有相似的部分。然而即使机械行业的从业人员总结了机械结构设计间的共性部分,也对机械结构设计的创新设计提出了很多方法,对机械结构设计的系统性设计方法却少有研究。本文基于可拓创新方法和已有机械结构设计方法,在机械产品的功能确定的前提下,对机械产品的结构设计过程进行深入研究,提出一种机械结构的可拓创新设计方法,并通过实际案例验证该方法的可行性。本文主要研究内容有:(1)将现有的机械结构设计的相关知识与可拓模型建立方法相结合,针对用作承受载荷、传递运动和动力等具有运动的零部件、结构关系及其所处的环境和运动方式,研究实现确定功能的机械结构设计要素的可拓模型的建立方法,包括:环境场所物元、零部件物元、运动方式事元、结构关系元,建立它们之间的对应关系,并建立这些设计要素基元的关系网络,用关系网络直观地表达机械结构设计的领域知识。(2)利用相关规则和领域知识,对机械结构设计要素基元进行相关分析,并建立机械结构设计要素基元的整体结构相关网和详细结构相关网模型;再利用发散规则和可拓变换方法,研究机械结构设计要素基元的主动可拓变换和传导变换,根据相关网建立不同要素基元的可拓变换蕴含系。(3)根据上述知识,研究机械结构的可拓创新设计方法的一般流程,利用该流程,可以生成多个不同的机械结构设计创意,再利用优度评价方法选出较优的设计创意,然后具体化形成机械结构的可拓创新设计方案。通过实际的案例分析验证了该方法的可行性。本文的主要创新点为:(1)从机械结构设计领域知识中提取机械结构设计的要素知识,利用可拓模型建立方法对结构设计所涉及的要素进行形式化建模,模型化、逻辑化表达机械结构设计过程以及研究分析过程,可操作性强,方便设计者根据待设计机械产品和设计需求“对症下药”。(2)根据不同机械结构设计要素之间的对应关系,建立机械结构设计要素基元的关系网络模型,再根据领域知识和相关分析方法,建立机械结构设计要素基元的相关网模型,进而形成可拓变换蕴含系,可以同时考虑主动变换与传导变换的作用,为生成合理有效的机械结构设计创意提供了流程化、定性与定量相结合的方法,避免新的结构设计创意导致新问题的出现。(3)本文基于可拓创新方法与机械结构设计领域知识,形成了一种具有一定普适性的机械结构的可拓创新设计方法,丰富了可拓设计理论与方法体系,为实现机械结构的智能化设计打下良好基础。