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为了适应我国煤炭行业的发展,帮助中小型煤矿企业快速实现其机械化水平,本文结合我省中小型煤炭行业的要求,开发了一台EBZ40型煤巷掘进机,并采用CAD/CAE一体化设计和优化技术,对掘进机结构中工作机构的主要零部件开展了三维CAD设计和CAE分析及优化。1、根据所开发掘进机的性能参数,阐述了掘进机结构的组成,并确定了结构的主体尺寸参数;对组成工作机构各零部件的性能进行了分析,通过计算确定了回转支承的型式。2、建立了回转平台的载荷计算模型,根据各工况的受力状态,完成了相应的载荷计算,并确定了危险工况;利用ANSYS软件中的APDL编程,建立了回转平台的有限元非线性接触分析模型,完成了4个载荷工况的有限元分析,并得到了相应的应力和变形规律,确定了最大Mises应力的位置;根据分析结果选择了优化设计变量和目标函数,建立了回转平台结构优化设计的数学模型,所得到的优化结果进一步改善了回转平台结构的受力状态;建立了回转平台疲劳分析的有限元模型,完成了其疲劳分析,根据得到的分析结果为回转平台结构的设计提出了建议。3、根据掘进机结构和性能参数的要求,选取了行星减速器的类型为2K-H型,并进行齿数配对的计算,完成了各齿轮的设计计算,并利用Pro/E完成了行星齿轮减速器的三维结构设计;通过简化将三维减速器的模型导入到ANSYS软件,建立了行星齿轮减速器的有限元非线性接触分析模型,通过分析计算得到了齿轮减速器的应力和位移分布规律,所得到的结果进一步确保了所开发减速器的可靠性。4、分析了截割头的运动规律,并给出了相应的运动方程;建立了镐齿的空间坐标系,对镐齿的空间排列进行了分析,得到了其排列分布和相应的坐标位置;完成了镐齿的载荷计算;利用ANSYS软件的APDL编程,建立了镐齿的有限元非线性接触分析模型,得到了镐齿及齿座的应力与变形分布规律,得到的结果显示所设计的镐齿结构能够满足设计需要,最后完成了截割头的结构设计。综上所述,本文将常规的设计方法与现代有限元分析手段相结合,完成了工作机构主要零部件的设计与分析及优化,使得结构的受力状态得到改善,进一步确保了零件结构的可靠性,为确保掘进机的工作性能打下了好的基础。