煤炭作为我国主要能源,持续促进着国民经济稳定健康地发展。随着我国煤炭行业向安全、高效、绿色方向转型升级,提高采掘装备智能化的水平是保障煤矿工业发展的必由之路。刮板输送机作为综采核心机械设备之一,用于充当滚筒采煤机的运行轨道和液压支架的推移支点,其高效稳定运行直接关系到企业的生产效能。传动系统是刮板输送机的重要组成部分,使用永磁同步电机构成直驱的方式来带动链传动系统,通过改进传统驱动系统“异步电机+（软起动装置）+减速器”的结构,舍弃减速器环节,提高了传动效率,从而减少系统故障发生。矿区煤层环境恶劣,随着传动链缩短,链传动系统负载侧产生的振动和冲击载荷将直接作用到电机上,需要对链传动系统动力学特性进行深入研究。本文围绕刮板输送机实际工况,通过理论建模、软件仿真、实验验证等手段,开展刮板输送机永磁直驱传动系统动力学特性和结构优化的研究。主要工作内容包括:（1）阐明刮板输送机的结构组成,对刮板输送机永磁直驱系统进行机电耦合分析。结合链传动系统运动和受载特性,采用有限单元法建立刮板输送机动力学模型,确定其有限元参数和阐述链轮多边形效应;通过坐标变换搭建永磁同步电机的数学模型,并选用di=0的矢量控制方式;依据刮板输送机的工作特点,采用MATLAB/Simulink软件搭建刮板输送机永磁直驱传动系统机电耦合模型,分析了在满载运行、随机负载工况下的动态响应,揭示负载突变对系统的作用规律。（2）为研究链传动系统的动力学特性,利用三维建模软件建立考虑链传动系统特点的三维实体模型,借助ADAMS动力学仿真软件搭建了链传动系统简化的虚拟样机模型;结合Hertz接触碰撞理论和接触判定依据,模拟得到平稳运行、断链和卡链典型故障工况下链条位移、速度、链条与链轮以及链环间张力变化曲线;根据仿真所得数据,使用ANSYS有限元软件对链传动系统进行静力学分析和模态分析,得出系统啮合时存在应力集中薄弱区域,有进一步尺寸优化空间。（3）根据相似性原理,搭建小比例永磁直驱实验台。针对随机负载工况,利用磁粉式测功机进行了负载突变模拟实验,验证了刮板输送机机电耦合模型的合理性,证明测功机具备所需的加载特性及借助测功机进行负载模拟实验的可行性;其次,通过搭建链传动系统张力验证实验台,合理布置应变传感器,采集所得链条上张力变化趋势与仿真所得数据变化规律一致,验证了链传动系统虚拟样机模型的有效性。（4）结合参数化建模方法,通过设置几何参数关联关系实现链轮模型的快速生成。采用试验设计、代理模型技术和多目标优化方法,基于Ansys Workbench软件搭建链传动系统二工况优化环境,提出一种基于代理模型的链传动系统结构参数优化设计方法;通过选取设计变量,利用最优拉丁超立方抽样确定样本空间并得到响应值;随后建立RSM近似模型,以链轮应力最小和避免共振为优化目标进行多目标优化,确定最优设计方案并对比验证。结果表明,优化后的链轮与原链轮相比,应力应变分布趋向均匀,最大变形量较原变形量下降6.95%,链传动系统受力状况和啮合性能得到改善。该论文有图76幅,表16个,参考文献98篇。