探月工程的目标是月面巡视勘察与采样返回，月壤采样返回的实现具有重要的科技、经济、政治意义，可为人类开发利用月球资源打下基础。钻取采样装置（简称钻采装置）是月壤样品深层采集的关键部件，主承载结构是钻采装置的基础构架，具有连接、支撑和导向功能。钻采装置主承载结构的力学性能将直接影响其钻采性能。本论文以钻采装置的主承载结构为研究对象,采用数值计算方法对主承载结构进行分析研究。根据相关技术要求设计主承载结构的构型，建立主承载结构的有限元模型；在对任务全周期内力学环境分析的基础上，应用机械振动和结构力学的相关知识，对主承载结构进行模态分析、正弦振动分析、加速度过载分析和最大扭矩分析，获得相应的力学特性；根据分析结果，以各梁的截面尺寸为优化变量，以质量最小为优化目标，以刚度大于40Hz为约束条件，对主承载结构进行尺寸优化，建立新的有限元模型；对新模型进行静力学和动力学分析，验证了新模型的力学性能能否满足要求。本文通过对主承载结构的设计、力学分析和优化，得到了刚度大于40Hz，质量小于6Kg，满足各项力学性能的主承载结构，提出钻进机构和展开臂机构设计的振动条件。结果为钻采装置主承载结构的优化分析和改进提供了参考。