随着国内基础设施建设的不断发展，操作便捷灵活的汽车起重机在整个工程领域中所占比重不断上升。由于行业内部竞争激烈和施工现场不确定因素的增多，导致需求者对汽车起重机的起重性能、承载能力和安全性要求也逐渐提高。起重臂作为起重机的主要受力构件，其强度和刚度的强弱必然会对整机的性能造成一定的影响。所以对起重机伸缩臂的强度和刚度分析以及结构的优化设计研究具有现实意义。本文以QAY50汽车起重机伸缩臂为研究对象，首先结合起重机设计规范和相关力学知识对伸缩臂结构进行必要的力学分析。其次，根据实际工程作业要求，对起重机实际工况进行分析，选择三种典型工况来进行分析研究。在此基础上，采用强大的有限元分析软件ANSYS对整个起重臂系统建立参数化有限元建模，并作有限元静力学分析、模态分析以及优化设计。通过对伸缩臂的静力学分析计算，获得了结构整体变形云图和应力云图，指出了最大变形和最大应力的发生位置，验证了结构的安全性和优化设计的必要性；通过对伸缩臂结构的模态分析，得到了三种工况下吊臂结构的前六阶固有频率和相应的振型，了解载荷在不同频率对吊臂动态刚度的影响程度，以便清楚地发现结构存在的缺陷以及需要加强的部位。最后，利用ANSYS中的优化模块，对伸缩臂进行参数化建模，选取伸缩臂的截面尺寸和厚度为设计变量，许用应力和最大挠度为约束条件，同时选取伸缩臂的体积为目标函数，对伸缩臂进行优化设计。结果表明，优化后的结果达到了预期的目标，既保证了伸缩臂结构的强度和刚度，质量也有大幅度的减轻，结构更加合理，整机性能明显提升。本文对伸缩臂的有限元分析与优化设计研究为同类产品的设计和工程实际问题的解决提供了重要的理论依据和参考价值。