扭矩轴式过载离合器是采煤机截割部电机的保护机构之一，在采煤过程中起到传递动力、吸振减振和过载保护等作用。作为采煤机上截割部电机过载保护的关键零件，扭矩轴在开采过程中的需求量可观。以往扭矩轴主要依赖进口，在采购价格上始终受制于人，不能自主，需要煤炭企业大量的资金投入。因此，实现扭矩轴从设计到生产的国产化具有重要意义。为了实现扭矩轴的国产化，大量科研机构和科研人员从材料选择、结构设计和热处理工艺的制订等角度对扭矩轴的参数和性能进行了分析和研究，并取得了一些成果。目前，国内在扭矩轴的设计方面缺乏经验和规范，特别是在扭矩轴卸荷槽处应力的计算和断裂判据的确定上依然不够合理，导致国产扭矩轴在稳定性和可靠性方面与进口件相比仍存在着一定的差距。本文通过分析扭矩轴的结构特点和断裂时的应力状态，指出了以往应用材料力学理论在设计扭矩轴时的局限性，提出在对扭矩轴进行设计时，应引入弹塑性理论来提高设计的准确性；通过对进口扭矩轴材料的化学成分进行分析，选择42CrMo来试制扭矩轴，并根据材料的特性和结构特点制定了相应的热处理工艺；为了获得热处理后的材料性能，将42CrMo制成试件并进行试验。通过拉伸试验，得到了材料在单轴应力作用下的屈服强度、强度极限和载荷-位移关系等数据，并由此计算得到了材料的真实应力-真实应变之间的关系。在扭转试验机上分别对光棒试件和带卸荷槽试件进行了扭断试验，探究了加载速度和重复加载等因素对试件承扭能力的影响，得到了卸荷槽试件在断裂时的极限扭矩。在有限元软件中对应力状态进行数值计算时，运用APDL编写命令流，对卸荷槽试件和光棒试件的建模和网格划分进行了参数化设计和控制，根据实验得到的数据定义了数值分析时的材料属性；考虑到弹塑性分析的特点，采用了一种考虑塑性变形的施加扭矩加载方法，并探讨了影响计算收敛的若干因素；将试件的扭断扭矩作为边界条件施加在有限元模型上并求解，通过对计算结果的分析与对比，确定了试件的断裂判据；探究了动载因素对承载能力的影响。为今后国产扭矩轴的设计和制造提供了理论依据和实验数据。