煤矿井下综合采煤机械化环境恶劣复杂,采煤机在截割的过程中往往受到不同煤岩的冲击,导致电机损坏。为避免电机发生严重的损坏通常采用扭矩轴保护截割电机和主传动系统。扭矩轴通常会设计有卸荷槽,该部分是传动系统中最薄弱的环节,以起到保护电机的作用。扭矩轴在使用过程中常有过载应断但没有折断的现象发生,或者扭矩轴设计时安全系数选择不合理而频繁折断失效,导致综采开机率低影响采煤效率。因此有必要对扭矩轴卸荷槽的结构进行优化,提高其可靠性,保证开机率和采煤效率。主要研究内容如下:(1)本文利用Solidworks软件完成了相同尺寸下I型、V型以及U型三种槽型扭矩轴的建模,并应用有限元分析软件ABAQUS对其进行静力比较学分析,得出U型槽扭矩轴的力学性能最优;通过改变了 U型槽结构参数来分析结构参数对扭矩轴力学性能的影响规律并对扭矩轴进行模态分析,为U型槽结构参数的优化及最大Mises应力的预测提供依据。(2)以U型卸荷槽的结构参数为试验因素,以扭矩轴的最大Mises应力为试验指标,建立正交试验对结构参数进行了初步优化,得到了卸荷槽结构参数对扭矩轴力学性能的影响规律及较优的结构参数组合,为结构参数的再优化提供了基础;以正交试验和数值模拟的数据为样本构造非线性回归方程,得到了结构参数对Mises应力的预测模型;运用遗传算法对结构参数组进行全局寻优,得到了最优的卸荷槽结构参数组。(3)运用断裂力学理论与ABAQUS子模型的技术,计算了不同工况下扭矩轴表面裂纹近端的的应力应变场,获得了应力强度因子K的变化规律。研究结果为扭矩轴卸荷槽参数化设计及扭矩轴最大Mises应力的预测提供了一定参考依据,也为轴系零件结构完整性的评价提供一定的理论基础。