煤矿井下综采工作面环境复杂恶劣,采煤机在截割过程中,由于工作面地质条件的复杂多变,导致采煤机截割部遇到不同煤岩介质时承受交变冲击载荷。因此,为避免过岩或夹矸引起截割电机过载损坏等严重故障,通常采用扭矩轴保护截割电机和主传动系统。然而在实际使用过程中,常常发生扭矩轴过载未断裂,不能起到保护作用,或非过载而断裂,直接影响正常生产等问题。因此,必须对采煤机扭矩轴进行优化设计,以确保采煤机安全可靠运行。本文是以MG900/2210-GWD型采煤机截割部扭矩轴为研究对象,借助三维建模环境建立I、V、U三种槽型不同尺寸的采煤机截割部扭矩轴物理模型;结合静力学有限元分析方法,建立采煤机扭矩轴三种槽型静力学模型,通过静力学仿真分析得到同等条件下I、V和U型卸荷槽的应力应变云图;通过对U型槽的模态分析,建立采煤机扭矩轴U型槽动力学模型,仿真分析得到振动频率及各个阶段的云图。最后,通过静力学和模态仿真结果分析,得出U型槽在三种槽型力学特性最优,结合仿真及理论计算验证,对采煤机扭矩轴卸荷槽的槽型和尺寸制定了优化设计方案。试验和应用结果表明,运用本文制定的扭矩轴优化设计方案,不仅可以保证正常的动力传递,同时可以实现在截割电机过载时及时断裂,保证了采煤机安全可靠地运行。