本文基于现代设计理论与方法对某超轻型大口径火炮的高平机部件以及传动部分进行了系统性能的分析及优化,并对高平机的部件结构方案进行设计及特性分析。高平机手轮力的大小作为火炮实际作战能力的重要指标之一,在设计过程中需要重点考虑。大口径超轻型火炮一般质心靠前,质量较大,不平衡力矩较大,导致手轮力过大。传统的气压式平衡机设计采用两点平衡法,很难较为有效的减小手轮力,因此需要对手轮力进行有效的优化以满足设计要求。为了更加充分的挖掘高平机系统的各项性能,有必要进一步对整个高平机系统进行优化,对传动系统效率和平衡特性进行协调配置,以降低手轮力。本文对整个高平机结构参数进行数学建模,建模时将传动机构简化成平面连杆机构,这样可以将万向节的传动效率同时进行优化；修正重力矩的计算方法；对螺杆螺母进行受力分析,最终得出手轮力计算公式。不同于前人将不平衡力矩作为优化目标,本文以手轮力最大值最小化为优化目标,采用多岛遗传算法与直接搜索法的组合算法,进行全局寻优。优化结果增强了高平机的实际可操作性,达到了改进设计目标,使全射角范围内手轮力控制在可操作范围内。高平机的补偿弹簧设计刚度及行程精度要求较高,工作空间极为有限。本文采用补偿弹簧有限元试算的方法进行设计,同时保证弹簧刚度、行程以及应力-应变的设计要求。在火炮轻量化的同时,高平机的结构发展成为薄壁圆筒嵌套的细长杆件结构形式,且高平机上下支点间距离大大多于高平机直径,为保证设计可行性,有必要对其进行屈曲分析,验证其压杆稳定性。本文通过有限元建模,得到450射角和65°射角的一阶屈曲因子,计算出临界载荷,证实了在火炮发射过程中强大的冲击力不会使高平机发生屈曲。