随着我国城镇化进程的推进,以及交通、水利等基础建设的蓬勃发展,特别是城市建设对于地下道路交通的巨大需求,隧道掘进装备和技术得到了广泛的应用。近年来,国内对于隧道掘进机和关键技术的研究进一步加强,作为硬岩掘进机(TBM)刀盘驱动系统关键部件的减速器,面临着空间受限、大传动比、高传递效率及强承载能力的技术要求。因此设计一种符合以上要求并具备良好的动态特性的减速器显得尤其重要。本文利用结构拓扑优化的方法,建立了从基本结构、拓扑演化、综合判定、拓扑反演到拓扑结构优化选择的完整设计优化流程,并建立了减速器结构键合图模型,分析了减速器系统的动态特性并研究主要参数影响规律。主要研究内容如下：(1)介绍基于功能离散法的周转轮系拓扑优化理论及方法,建立从结构基本结构、拓扑演化、综合判定、拓扑反演到拓扑结构优化选择的完整设计优化流程,完善一种行星轮系结构拓扑优化的方法。(2)设定齿轮个数、自由度等的参数约束条件,引入同构判定、封闭功率流判定、最短路径判定的方法,通过对行星齿轮典型结构的传动特性研究,确定了周转轮系拓扑结构的优选方案及反演形式；并以受限空间下,实现大传动比、高传递效率、高承载能力为目标,确定TBM减速器结构的优化方案。(3)TBM驱动系统的布局方案的设定,减速器一级行星轮系加封闭式行星传动形式的结构特点的分析,公共大齿圈输出增强了承载能力；以体积最小为优化目标,建立了一系列的约束条件,包含配齿约束、疲劳强度约束、几何约束等,利用MATLAB作为优化求解工具,最后得到减速器行星轮系的优化参数。(4)键合图基本理论的介绍,建立单个齿轮对的键合图模型,推导出它的状态方程,明确系统中重要参数摩擦力、传递误差、啮合刚度、啮合阻尼的选取及其在键合图模型中的表示形式,为后续建立行星轮系及整个减速系统的键合图模型打下了理论基础。(5)依据减速器结构特点,将其分成行星轮系和封闭结构两个部分,为了分析的简便和准确,对两部分分别建立键合图模型；为了研究各个因素是否会对系统的响应产生影响,建立了分别考虑不同参数的模型并进行比较；最后建立减速器完整的键合图模型,对于关键因素,通过选取不同的参数值来研究其对系统动力学特性的影响规律,为减速器系数的选取及优化提供理论支持。