在使用牙轮钻头钻进时，钻头上承受的钻压经牙轮作用在岩石上。除此静载外还有一冲击载荷，这是由于钻头的纵向震动产生的。
      在牙轮滚动过程中，当单齿着地时，轮轴心在o点，滚动双齿着地时，轮轴心降至Q。然后又滚向单齿着地，如此交替变换，钻头随牙轮轴心高低的位移而产生往复运动。
      设钻头牙轮外排齿圈齿数为z，则纵振频率F、纵振周期T分别为钻头上下往复一次为一周期，由单齿着地和双齿着地之间所耗费的时间为牙轮与岩石接触的时间，它必须大于破碎岩石所需要的时间才能提高破碎效率。
      设牙轮轴线与水平面的夹角为a，牙轮半径为R，一单齿着地时为研究起点，经过时间，当牙轮经过D角后，轮心移动到O点，此时钻头的纵向位移。当达到最大值，最大纵向位移即振幅与牙轮半径成正比，与齿数成反比。纵振速则可表达。
   可见，牙轮的半径越大，转速越高，齿数越少，则冲击速度越大。牙轮钻头的牙轮破碎岩石时，不仅依靠静钻压，还依靠钻头纵向震动而使牙齿以最大速度冲向岩石所产生的冲击载荷。
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