牙轮钻机设计中迫切需要解决的问题有很多,主要针对其中三个方面的关键问题进行研究：排碴风量的计算；钻架静、动态分析,及钻架的各铰点位置的优化设计；牙轮钻机总体设计软件系统。通过对现行设计中存在的问题进行分析,上述的问题研究都不是很完善,因此有必要对这个三个问题进行研究。排碴风量的大小对穿孔速度、钻头使用寿命等许多方面都有很大影响。采用气固两相流理论和能量原理,并针对有代表性的矿山,对钻机在工作工程中排出的岩碴进行采样、测量物理特性,以粒子上升速度、悬浮速度与气流速度的关系为基础,并参考粒子与颗粒群悬浮速度的关系及钻孔理论,给出排碴风量的计算式；并利用推导出的计算式对样机的排碴风量的进行了计算,将其计算结果同钻孔理论的推荐值和实验值相比较得到：建议在设计中以推导出的排渣风量计算式为主,钻孔理论推荐的计算式为辅。在钻架静力学分析中,选择5种典型工况,采用有限元软件按空间刚架结构建立钻架有限元模型,并对钻架进行总体受力分析和强度、刚度、稳定性的校核,由此确定出最不利的计算工况,减少了设计中的计算量；在静力学分析的基础上再对钻架的进行动力学分析,为确定动载荷系数提供了依据；针对钻架的各铰点位置、起升工况时放倒的钻架与水平的夹角以及小车放置的位置进行优化分析,利用目标规划法(多目标问题优化设计方法),从钻架两个危险的工况(非工作状态的起升工况和工作状态下突然卡钻工况)出发,对以上位置进行优化,找到一组最优的位置方案,使钻架的最大应力、最大位移、背拉杆稳定性等各个子目标函数尽可能达到各自的最合理值,改善了钻架的受力状态。以MATLAB R2011a为平台,运用GUI的可视化技术,开发出人机交互的操作界面。软件具有安全性、集成性、继承性、容错性、数据一致性、运行可靠易维护等特点。软件系统功能包括：可按不同方案计算总体参数,各个工作装置的设计计算,大型结构件强度、刚度、模态分析、动力学分析以及系统辅助功能(如用户信息安全保护及系统管理、智能打印、文件交互存储、局域网连接、部分自定义设计方法的用户接口等),为总体设计实现自动化、科学化,缩短设计周期提高设计效率。综上,上述工作对牙轮钻机的总体设计具有开拓意义,并为形成牙轮钻机的自主设计体系,创造了良好的开端。