随着国家对铁路和地铁的大力建设，盾构机已成为隧道挖掘过程中的不可缺少的工具，目前国内对盾构机的研究相对落后，而刀盘作为盾构机中的关键部件，其挖掘性能的好坏将直接影响到盾构机的掘进效率和刀盘的寿命。盾构机在掘进过程中，刀盘产生的不平衡力是影响盾构机挖掘性能的重要因素，而这些不平衡力主要是由各刀具综合力引起的，因此刀盘上刀具布置的合理性是刀盘挖掘性能的重要体现，在理想的刀具布置过程中，往往以刀盘上产生的径向力和倾覆力矩为零为原则进行刀具布置，从而可以保证盾构机有好的挖掘性能和较长的使用寿命。论文主要分析了刀盘的整体结构，刀盘的掘进过程，并通过实例建模对刀盘进行了运动仿真；分析了刀具的种类，刀具的工作原理，刀具的受力情况，重点介绍了盘形滚刀的破岩机理和受力预测公式；建立了刀盘受力平衡方程，并介绍了以此为原则的刀具布置方法；通过实例计算了各刀具的受力大小，运用有限元方法分析了盾构机的刀盘强度、刀具布置的合理性以及由刀具位置误差对盾构机挖掘性能产生的影响；另外由于刀盘的主轴承尺寸较大，在加工制造上存在一定困难，因此对刀盘主轴承尺寸进行了优化，并对其进行了接触应力、强度和寿命分析。