桥式起重机作为现代化工业生产和起重运输行业的重要工具和设备之一，在室内外工厂企业、铁路交通以及运输物流等部门场所得到了广泛的运用。然而国内外对起重机的设计大部分都停留在传统的经验性设计上，很少有设计者对整个起重机桥架结构进行整体分析。本文的研究对象为某机械厂生产的20T/5T桥式起重机，课题的研究内容包括对桥式起重机桥架整体结构进行有限元分析、结构改进以及优化设计，在强度和刚度满足用户使用要求的前提下，降低产品的生产成本。本文首先建立桥式起重机主梁优化设计的数学模型，根据数学模型确立主梁需要优化的尺寸，并作为设计变量。结合APDL参数化设计语言建立起重机桥架的有限元模型，正确的施加约束和载荷。对起重机工作中常见的四种工况组合进行有限元分析，求解获得各工况下主梁的应力和应变分布情况。对比各工况下的较大应力及分布位置，通过表格直观的选出主梁最危险工况，并根据危险工况下主梁的应力集中现象对主梁结构进行改进。对改进后的主梁进行结构分析，得到了主梁的最大应力由原先的248.805Mpa减小到了176.214Mpa，比原来下降了28.6%。由此可见主梁端部的应力集中现象得到了极大的改善。为以后主梁的整体尺寸优化提供了较大的应力储备。基于改进后的结构对主梁进行优化设计，在满足强度和刚度需求的前提下，对主梁进行以减轻重量为目标的优化设计。本文首先采用ANSYS自带的优化器对主梁进行优化设计，经过21次迭代计算，得到了最优方案，并对最优方案进行圆整再次分析。和初始方案对比，主梁的总质量减轻了约18%。本文还采用了结构优化导重法对主梁进行优化设计，以ANSYS作为分析器，SOGA软件作为优化器，仅经过4次迭代计算就得到了最优方案。和初始方案对比，主梁质量减轻了约21.5%。由此可见，相比采用ANSYS进行优化，利用导重法进行优化设计的收敛速度更快，效果更为显著，充分验证了导重法的优越性。本文的研究减轻了起重机主梁的重量，减少了生产过程中材料的浪费，同时满足了企业和用户的需求，为今后同类产品的开发和研究提供了良好的参考依据，具有重要的理论和实际意义。