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针对某牵引机车齿轮常出现齿面胶合、点蚀等问题，采用遗传算法，以重合度，齿面接触应力和齿根弯曲应力为优化目标，对齿轮的啮合参数进行了优化。为节省计算成本，在齿轮参数化有限元模型仿真计算的基础上，建立了齿面接触应力和齿根弯曲应力的代理模型。结果表明：遗传算法在多维区域内能快速有效的搜索Pareto解集，实现多目标的优化。以优化的结果对齿轮进行重新设计后，经有限元仿真验证，轮齿齿面接触应力及齿根弯曲应力均得到有效降低。