目前,浅层区域的露矿大多开采殆尽,矿产资源的开发逐渐转向深层区域。因此,目前的勘探作业对钻探技术及钻探工具提出了更高的要求。气动潜孔冲击器作为冲击凿岩新型工具,具备成孔质量高、钻进速度快、使用寿命长等特点,广泛应用于矿山爆破、水文钻凿、地质勘探、非开挖管线铺设、岩土工程及石油钻井等成孔作业中。钎头作为冲击器破岩的关键件,在现场使用过程中,经常出现掉齿、断齿、断柄、崩块等失效问题,直接导致冲击器无法正常运作,如果钎头损毁严重至掉落井下无法打捞,将严重影响现场施工进度。本文基于现场钎头的各类失效形式,考虑工作工况,从接触力学和冲击力学出发,对钎头进行力学分析和结构改进,主要内容与结论如下:基于气动冲击原理和相关理论,根据潜孔冲击器现场作业工况,分析了潜孔冲击器钎头钻刃形状、端面形状以及齿数和布齿方式,最终完成钎头几何建模。根据潜孔冲击器工作特性,对活塞进行受力分析,基于气体状态方程、活塞运动方程及气体流动理论,构建了冲击器活塞运动方程,通过分析计算得到活塞撞击钎头时的冲击速度。基于弹性杆碰撞理论,考虑弹性波传递过程中的入射波、反射波和透射波,建立了活塞撞击钎头过程中应力波传递模型,开展了碰撞过程中钎头力学响应的研究。为了选择合理的钎头齿形和边齿倾角,本文阐述岩石损伤理论和破碎机理,依据现场地貌及岩石材料属性,选择HJC模型为本文的岩石本构模型。基于赫兹接触理论,考虑合金齿破岩过程中的力学响应,分析不同齿形合金齿的力学行为;从破岩能力和使用寿命出发,进行计算与分析,选择锥型齿作为中间齿,球齿作为边齿。基于有限元分析,结合实际破岩工况,建立了边齿的力学模型,分析边齿倾角与边齿受力之间的关系,计算得到44度为齿尖应力最小的边齿倾角。针对钎头破岩过程中的边齿掉落现象,基于实际工况和边齿掉落形式,分析掉齿原因为,边齿与钎头本体齿孔间的过盈量较小,由此致使固齿力不足,导致破岩过程中岩石所致的脱齿力大于钎头本体固齿力,最终发生掉齿。基于厚壁圆筒理论,建立了过盈装配的合金齿力学模型,研究了过盈量与固齿力之间的关联关系,通过计算和分析,0.065mm为合理过盈量。本文研究内容为气动潜孔冲击器钎头的结构设计和改进提供理论支撑,为凿岩工具的设计改进提供参考。