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在運用牙輪鉆頭鉆進時，鉆頭上接受的鉆壓經牙輪效果在巖石上。除此靜載外還有一沖擊載荷，這是因為鉆頭的縱向震動發生的。在牙輪滾動進程中，當單齒著地時，輪軸心在o點，滾動雙齒著地時，輪軸心降至Q。然后又滾向單齒著地，如斯替換變換，鉆頭隨牙輪軸心凹凸的位移而發生來去活動。

　　設牙輪鉆頭外排齒圈齒數為z，則縱振頻率F、縱振周期T辨別為鉆頭上下來去一次為一周期，由單齒著地和雙齒著地之間所消耗的工夫為牙輪與巖石接觸的工夫，它必需大于破裂巖石所需求的工夫才干進步破裂效率。

　　設牙輪軸線與程度面的夾角為a，牙輪半徑為R，一單齒著地時為研討起點，經由工夫，當牙輪經由D角后，輪心挪動到O點，此時鉆頭的縱向位移。當到達最大值，最大縱向位移即振幅與牙輪半徑成正比，與齒數成反比。縱振速則可表達。

　　可見，牙輪的半徑越大，轉速越高，齒數越少，則沖擊速度越大。牙輪鉆頭的牙輪破裂巖石時，不只依托靜鉆壓，還依托鉆頭縱向震動而使牙齒以最大速度沖向巖石所發生的沖擊載荷。