随着中国社会的发展和进步，人们对汽车特别是重型载货汽车通过性和舒适性的要求逐步提高。钢板弹簧平衡悬架在满足提高重型载货汽车运输效率要求的前提下，也可保证汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。钢板弹簧平衡悬架因其成本低、结构简单和易于维修保养等优点而被普遍采用。平衡悬架系统各组成零部件的结构安全性直接影响整车的安全性。本文以某重型载货汽车为平台，对钢板弹簧平衡悬架的平衡轴支架和钢板弹簧进行有限元分析，并对其进行了结构优化设计。首先，应用整体-部分-整体的力学分析方法，对钢板弹簧平衡悬架进行了受力分析：为了分析平衡轴支架和钢板弹簧的实际受力情况，将平衡轴支架和钢板弹簧放在平衡悬架结构内，以平衡悬架为研究对象，建立了平衡悬架的受力简图；通过分析静平衡工况、加速工况、转向工况和弯扭工况四种工况下平衡悬架的受力情况，确定了各工况下平衡轴支架和钢板弹簧的受力情况。其次，根据平衡轴支架的受力情况，在Hyperworks的Optistruct模块中应用变密度法对其进行拓扑优化分析，并对优化结果进行了分析；根据拓扑优化的结果云图对平衡轴支架进行结构优化设计，建立优化后的3D模型，并进行有限元分析；对优化前、后平衡轴支架的结构性能进行了对比，结果表明：在保证平衡轴支架使用性能的前提下，优化后的平衡轴支架重量大幅度降低，在轻量化方面取得了显著的改进效果。最后，对平衡悬架钢板弹簧的结构参数进行了优化设计：建立少片变截面钢板弹簧原结构的有限元模型，对其进行有限元分析，结果发现其不能满足钢板弹簧的使用性能要求；分析少片变截面钢板弹簧的数学模型，在满足平衡悬架设计要求的前提下，应用Matlab优化工具对其结构参数进行优化设计；为了真实反映钢板弹簧的装配情况，建立结构参数优化后的板簧自由状态的有限元模型，并对其进行有限元分析；对优化前、后钢板弹簧结构性能进行了对比，结果表明：结构参数优化设计后，钢板弹簧的结构不仅满足使用性能的要求，其工作应力也大幅度降低，同时一定程度上提高了整车的平顺性和操作稳定性。