儿童电子玩具是孩子成长过程中必不可少的重要伙伴。玩具行业高速发展，儿童玩具越来越复杂，其功能越来越丰富，中国作为全球玩具出口大国及玩具消费潜力大国，玩具代工厂及国内玩具厂商都存在玩具设计流程陈旧，制造成本高，玩具隐患多等诸多问题。本论文将基于儿童玩具火车版本升级设计项目，对儿童玩具设计方法、设计流程进行研究。通过运用有限元分析、多目标分析、数值分析、函数拟合等方法，实现玩具产品的优化设计，改善现有的玩具结构设计方法及流程。首先，本课题对火车版本升级设计项目进行概述，从设计缺陷、生产成本及安全隐患三个方面提出版本设计需求。其次，运用参数化建模软件对火车机械结构进行重新设计，通过对比升级前和升级后具体工程数据体现其结构的改善及利润。然后，对火车关键结构之一的辨识结构进行有限元静力学仿真，并用多目标试验的方法对其中的弹簧片结构参数进行优化设计，分别拟合了三个重要参数与过压行程的函数关系，制作物理模型，验证了参数化设计及优化设计结果的准确性，为其他儿童玩具结构设计提供了设计方法、设计流程的参考依据。最后对牙箱噪音展开初步研究，参考齿轮箱原理进行牙箱噪音原因分析，从振动原理角度探究理论原因，通过模态分析求得牙箱系统的固有频率及振型，并从牙箱箱体固有频率角度，对牙箱箱体壁厚进行优化设计，同时为牙箱噪音减振降噪的深入研究奠定了基础。