电牵引采煤机是一个集机、电、液为一体的大型复杂机械系统,是综采工作面的主要设备之一。在电牵引采煤机工作过程中可能会发生过载、闷车等现象,因此在采煤机截割部处设计了一个重要构件—扭矩轴。它有两个主要作用:第一,起传递动力和对截割部传动系统弹性缓冲作用,第二,承担着过载机械保护作用。当设备发生过载时,扭矩轴自行扭断,完成电动机与传动系统的分离,这样有效的保护机械传动系统和电动机,防止整个机器的损坏。本文在总结扭矩轴的分类和介绍了几种较常用的扭矩轴卸荷槽类型以及技术参数之后,以某型号进口电牵引采煤机的截割部扭矩轴为研究对象,采用三维坐标测量仪来进行卸荷槽处的三维扫描。用三维坐标仪测量扭矩轴卸荷槽表面的三维坐标数据相应的坐标数值,拟合出母线,完成卸荷槽曲面的重构,由此得到该进口扭矩轴的尺寸。再利用ANSYS Workbench对该扭矩轴进行建模,加载,完成有限元静力学和动力学仿真,结合仿真结果,求出该扭矩轴的静力学和动力学安全系数,完成强度验算。以某型号国产采煤机扭矩轴为研究对象,在ANSYS Workbench中建立扭矩轴的参数化模型,再进行加载并完成求解,将得到的数据运用MATLAB编程并进行拟合,得到扭矩轴尺寸与最大剪应力的函数关系式,最终使用这一函数关系设计出某煤机公司生产的扭矩轴卸荷槽尺寸。在实际应用中,数值计算和仿真分析不能完全真实的反映扭矩轴失效模式和实际受力,为扭矩轴的实际应用带来不可避免的误差,在对扭矩仿真分析的同时,加入对扭矩轴的扭断实验,并将仿真分析和实验结果进行对比分析,根据分析结果建立扭矩轴的强度条件。利用原有扭矩轴试验台,设计实验模拟扭矩轴受到扭矩负载直到断裂时的实际情况。鉴于试验台所能提供的扭矩有限,试验电动机无法提供对原尺寸的采煤机扭矩轴承受的实际扭矩,因此结合原有扭矩轴设计出试验用扭矩轴尺寸。先对试验用扭矩轴进行有限元仿真分析,得到仿真结果。再对它进行力学性能实验和动力学特性试验,将采用三种不同材料的试验用扭矩轴在试验台上进行扭矩轴扭断试验。最终根据ANSYS Workbench仿真与试验结果对比,根据对比结果找到仿真与试验结果的修正系数。通过本文研究可以看出,与以往扭矩轴设计相比,采用有限元仿真软件进行强度分析和参数化设计,其分析过程的可视化更强,且参数化设计法的使用更加简单,再结合力学性能实验和动力学特性试验,极大地提高了扭矩轴的设计精度及可靠性。