齿轮传动系统是采煤机截割部传递动力的常用机械系统，截割部齿轮的合理设计影响着采煤机的工作效率，甚至影响综采工作面的安全性。基于虚拟样机技术(VP)和有限元法(FEM),构建采煤机截割部的刚性虚拟样机模型，利用有限元软件的瞬态动力学分析模块，分析得到采煤机截割部6组齿轮副的最大等效应力。仿真发现截割部6组齿轮副中，输出端的齿轮副等效应力和等效应变的极限值最大，分别为916.78 MPa和0.004 845 mm,需要对其进行优化。基于有限元分析结果，得到齿轮副的3个应力集中区域。通过动力学仿真结果建立的数据集，利用MATLAB拟合得到了输出端齿轮副的最优设计变量。优化后的齿轮副等效应力最大值由916.78 MPa降低到612.35 MPa,减小了304.43 MPa,达到齿轮副优化设计的目的。将虚拟样机技术(VP)和有限元法(FEM)相结合，为采煤机截割部齿轮系统的优化设计提供了技术路线和数据支撑。

国家自然科学基金(51674134)；辽宁省教育厅青年科技人才育苗项目(LG202029)；辽宁省博士科研启动基金计划项目(2020-BS-153)；

1 建立采煤机截割部虚拟样机模型
1.1 采煤机截割部动态负载分析
1.2 采煤机截割部刚性虚拟样机模型
2 截割部齿轮副的有限元分析
3 截割部齿轮的优化设计
3.1 截割部齿轮优化设计方案
3.2 针对设计变量—倒角R1的优化设计
3.3 针对设计变量—倒角R2的优化设计
3.4 针对设计变量—齿厚H1的优化设计
4 结 论

孙勇,李明昊,杨航,李龙飞.基于VP-FEM的采煤机截割部关键齿轮优化设计[J].山西焦煤科技,2022,46(11):4-7.