本文是对一体式气动夹具进行机构和结构的优化设计：完成了一体式气动夹具连杆机构的设计,同时对其工作特性进行了分析,为一体式气动夹具在白车身焊装领域的广泛应用提供理论依据及为近似机构的设计和性能分析提供参考；完成了对夹臂元件的轻量化设计,并比较了优化前后的性能差异,为一体式气动夹具其它零部件设计提供参考；完成了气缸部分的流场分析,为气口位置及活塞结构设计提出了合理的建议。本文通过使用Matlab软件完成了对一体式气动夹具连杆机构的设计及其工作特性的分析,分析得到了连杆和遥杆的合理长度,夹臂打开角度可调,且在最大夹紧力矩下,夹具具有可靠性较高的自锁功能。使用ANSYS软件对夹臂进行拓扑优化设计、应力分析和变形分析,通过软件中拓扑优化模块分析得到了在满足一定约束的条件下,最优结构的夹臂模型,同时运用软件中应力分析模块,比较了优化前后夹臂模型的应力分布和位移分布情况,从而提出了更优化夹臂模型。使用GAMBIT软件对简化后的气缸模型进行了网格划分,使用流体动力学FLUENT软件,对其进行了流体仿真分析,分析出了流体内部活塞附近的流场分布以及活塞的受力情况；最后对一体式气动夹具进行了研究展望,指出了一体式气动夹具还有待发展的方面。全文都是围绕着一体式气动夹具进行研究分析,对提高我国焊装夹具的自动化和柔性化以及促进我国汽车工艺装备的自主研发水平具有相当重要的意义。