轻量化技术是指采用优化结构、优选材料、优选加工方法等方式，减轻机械零部件或整机的质量，从而达到提高产品性能、降低成本、节能减排等综合效益的一项技术。我国生产的桥式起重机大都具有太大的安全系数，这样导致材料浪费，产品结构笨重。本文以32/160t桥式起重机小车架为研究对象，结合轻量化设计的基础理论，得出小车架的轻量化设计方案；然后建立了小车架参数化结构模型，通过对模型有限元分析表明小车架轻量化的可行性和必要性；最后对小车架进行结构拓扑优化，并在优化结果基础上进行了尺寸与形状优化设计，得到小车架轻量化的最终模型。介绍了小车架参数化设计系统，细致的描述了系统所生成的参数化模型各部件的主要尺寸，并在此基础上对模型进行简化处理，然后从单元类型、材料属性到网格划分介绍了小车架有限元模型的建立，最后充分利用Ansys有限元分析软件对小车架进行了模态分析和静力学分析。模态分析和静力学分析从整体到局部，对小车架的结果进行分析比较，为后续优化设计奠定基础。采用均匀化方法，以卷筒梁和组合梁为分析对象，将其柔度作为优化目标，体积为约束条件进行拓扑优化。探讨拓扑优化设计过程中，从基本模型建立、优化区域选择、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题。然后在得出的拓扑结构的基础上，综合考虑工艺、装配关系等设计要求，对小车架进行了尺寸及形状优化设计，并对每次优化结果进行校核，最后得到了小车架轻量化模型，并对最终模型作了强度、刚度即稳定性校核，实现减重4.1t，减轻的重量占原车架模型重量的20.6%。结果证明减重后的小车架不仅强度和刚度性能满足材料要求，而且安全性能更适应工作环境。实现了拓扑优化在桥式起重机小车架结构设计过程中的应用。有限元计算结果存在误差，但对结构设计方案阶段有很好的指导意义。