传统的Q235B钢质托辊由于重量大和寿命短等缺点,其难于满足煤矿的生产需求。针对其缺点,减轻其重量和延长其使用寿命,对提升煤矿的生产效率和降低企业的生产成本有着很重要的现实意义。首先,本文对托辊的研究背景和发展现状进行了分析性阐述,对托辊的参数和结构进行了剖析,然后对159×530mm系列钢制托辊做了如下研究:(1)应用软件对托辊转动件进行了建模和有限元分析,发现托辊转动件没有应力集中问题,最大形变位置为管体的中心处,形变为向内凹陷0.0685mm左右,距离最大形变允许误差有约50%的优化空间。应用上述分析结果和简支梁简化模型证明了单纯的减重,不能满足托辊转动件的强度要求。提出了减小管体壁厚1mm、减小轴承座宽0.5mm、和在管体中心内壁焊接一个宽厚10mm×5mm圆环的改进方案。通过有限元分析,证明该方案能够有效减轻托辊重量15%以上,最大形变仅为0.0756mm左右(在安全范围内),并且有效地减小了管体的表面应力。(2)通过建模和有限元分析,发现阶梯托辊轴和冷拔托辊轴最大形变位置均为轴的中间段,冷拔托辊轴的最大形变量0.051mm左右,阶梯托辊轴的最大形变量0.038mm左右,都远小于许用变形量。发现在同等条件下使用冷拔托辊轴能减轻托辊重量,并且降低生产成本。但是,轴两端的铣平面夹角处出现应力过大问题,冷拔托辊轴的铣平面夹角处应力值达到249.67MPa,超过Q235B材料的屈服极限235MPa。对此,本文采用导圆角工艺设计以分散局部应力和采用屈服极限更大的Q355材料对此问题予以解决。(3)为提升轴承寿命,本文新设计了一种迷宫式密封结构,其首先加大了纵深储存润滑脂量。另将密封齿尖端导角,避免了密封结构碰撞产生摩擦热,设计相关配件,与新型迷宫式密封结构形成二级腔室,减少了润滑脂的溢散量。