为避免小型玉米脱粒机机架与外部激励频率发生共振，保证工作稳定性，对小型玉米脱粒机机架进行多目标优化设计。使用ANSYS Workbench软件构建机架有限元模型及模拟分析前6阶模态和振型，得出优化前机架前6阶固有频率为48.26～156.76 Hz,其中1阶固有频率接近电动机产生的激励频率。通过灵敏度分析法探索影响机架1阶固有频率和质量的因素及次序，确定优化设计因素，并建立因素与优化目标数学模型，采用中心复合设计（CCD）和最佳填充空间设计（OSF）试验方法进行仿真。仿真结果表明，影响频率的结构参数从大到小依次为挡料板厚度、方钢及侧板厚度、下料板厚度、导风板厚度、下料板与导风板夹角；两种试验法对质量的优化结果接近，但在提高1阶固有频率方面CCD要优于OSF,CCD优化方案对机架的1阶固有频率提高了16.8%,质量下降了17.1%;最后通过振动分析仪测定优化前后机架固有频率，测得改进后机架1阶固有频率实际值为57.48 Hz,达到了避免共振的目的，整机作业过程稳定、安全可靠，同时为相关机具的优化改进提供了理论参考。