我国能源结构中煤炭占比关系着国计民生的命脉,采煤机作为煤矿综采工作面的核心装备,其可靠性直接决定着综采工作面生产能力。采煤机故障主要归集于截割部齿轮传动系统轮齿点蚀和胶合等方面,且齿轮啮合产生摩擦热而导致齿面失效具有不可预见性。本文以采煤机截割部齿轮传动系统作为研究对象,数值解析齿轮本体温度场变化规律,研究传动系统的热弹耦合特性,探究齿面修形对降低齿面接触瞬时温度、接触应力和振动性能的影响。组建齿轮传动实验台,测定额定工况下齿轮指定位置瞬时温度,应用热网络节点法分析齿面最高瞬时温度,并与有限元数值解析结果相比较,此方法对研究齿轮啮合承载接触性能具有重要的理论价值和学术意义。考虑到采煤机滚筒截割煤岩时受到的负载非恒定稳态,呈很强地随机变化的特点,加之煤岩属各向异性,且滚筒截割煤岩的速度为牵引速度和滚筒转速地叠加,在数值计算中经对截齿和滚筒受力分析采用交变载荷等效随机负载。构建热稳态平衡方程,设定齿轮啮合线上无量纲坐标,解析齿间载荷分担系数,探究齿面载荷和相对运动速度等因素对摩擦热流量载荷的影响,计算了摩擦系数、赫兹接触应力和曲率半径等齿轮啮合参数,推导了轮齿接触面、齿顶面和齿端面适用的对流换热系数。采用摩擦热和对流换热边界加载条件,解析了齿轮本体温度场分布变化规律及齿轮精度对本体温度场的影响,为齿轮传动系统热弹耦合特性分析提供温度数值依据。基于变分结构矩阵理论,计算轮齿渐开线轮廓在均匀温度场和非均匀温度场的热变形偏移量,以齿轮本体温度最大值设定节点温度,以体载荷形式施加于齿轮节点,分析齿轮副接触啮合齿面热膨胀变形、接触压力产生的弹性变形和摩擦热产生的热流量载荷三者关联,即热弹特性的温度场、应力场和位移场的相互耦合关系,揭示齿轮啮合热弹耦合特性中应力应变的变化规律。基于齿面叠加构造曲面拟合方法,解析修形曲面位矢量和法矢量,以样条曲线拟合修形曲面,构建直齿轮和斜齿轮三维拓扑修形和对角修形,分别以接触压力最小、传动偏差最小和齿面瞬时温度变化最小为目标进行轮齿修形优化设计,确定最佳修形齿廓及齿轮修形参数的选取方法和原则。构建采煤机截割部支撑壳体结构的振动模型,设计约束阻尼和噪声控制结构并进行模态分析,获得齿轮修形前后的温度场、热弹耦合特性和支撑壳体振动特性的变化规律曲线,确定轮齿修形可显著降低齿轮传动系统接触齿面的瞬时温度、减小接触应力和抑制支撑壳体的振动和噪声,进而提高了采煤机截割部齿轮传动系统的承载接触性能。组建功率流封闭形式齿轮传动实验台,采用浅埋热电偶实时采集啮合齿面瞬时接触温度,研究转速、载荷和润滑形式等不同工况条件下齿轮啮合面瞬时温度变化规律,推导了齿轮传动系统热平衡方程,构建热传导网络、热传导关系和热节点布局,建立齿轮传动系统热网络节点法模型,模拟分析了齿轮啮合面瞬时温度的变化规律,实验数据与仿真理论值相比较,验证了采煤机截割部齿轮传动系统热弹耦合特性承载接触性能的正确性。