创新是科学技术进步的源泉,机构创新决定机械性能的优劣和产品的成本,它在机械工程领域中占有很重要的地位,是振兴机械工业的重要途径。 本文在介绍了创新的概念、创新的意义、创新思维、创新方法的基础上,重点探讨和研究了机构创新设计的基本理论、方法和应用。 机构的组合设计一直是机构创新的重要途径。本文重点研究了机构的串联组合、并联组合、叠加式组合、复合式组合的理论与方法。并且系统地提出了Ⅰ型串联式组合、Ⅱ型串联式组合、Ⅰ型并联式组合、Ⅱ型并联式组合、Ⅲ型并联式组合、Ⅰ型叠加式组合、Ⅱ型叠加式组合、Ⅲ型叠加式组合、Ⅰ型复合式组合、Ⅱ型复合式组合的具体途径和组合方法。为创造新机构提供了切实可行的方法和途径。与此同时,对机构组合和组合机构的概念进行了界定。 机构的演化与变异是提高机构性能和创建新机构的另一种重要方法与途径。本文详细地系统地研究了机构演化变异理论,把机构机架的倒置、运动副地扩大、运动副的等效代替、改变构件形状、运动原理的仿效和运动链的再生等方法结合在一起,形成了一个完整的机构演化与变异新体系。 对颜氏机构创新设计理论(即运动链再生创新设计理论)中存在的问题,进行了深入的分析,并且首次提出在机构的一般化过程中,一个螺旋副可用一根两副杆来代替,而在运动链的特定化过程中,可以将一根两副杆转化为一个螺旋副的理论。 运动链的同构判定和构件的相似判定是运动链再生创新设计理论运用过程中的一大难题。现有的同构判定非常繁琐,效率不高。本文从同构的图论定义出发,提出了一个新的运动链结构不变量,进而提出利用最短路径集合进行运动链同构判定的方法。它与现有的其它方法相比,具有直观、简单和明显的图论依据的特点。最后,提出一种新的利用邻接矩阵的幂序列进行构件相似判定的方法。 冲击攻丝是国外最近开发出来的一种全新的螺纹加工方法。本文详细的介绍了冲击攻丝机的结构和工作原理,并分析了冲击攻丝机所蕴含的机构创新设计的原理。为了避开现有的专利设计,本文把运动链再生创新设计理论应用到冲击攻丝机上,经过原始机构分析、一般化运动链、数综合、定义设计约束和再生运动链过程,由此得出六种新的运动链,再将这些新的运动链具体化为机构,从而得到六种具有自主知识产权的创新机构。