水下作业工具库换接装置是水下作业系统的关键组成部分,我国在水下换接技术和装备方面与国外存在较大差距。本文针对中央高校基本科研业务费自由探索计划“深水作业系统快速换接装置及其智能力/位混合控制研究”项目,在分析换接装置相关关键技术的基础上,结合换接装置作业要求,研制可用于水下作业工具换接的自主更换工具,这对提高我国在该领域的技术水平具有重要现实意义。本文首先介绍了国内外水下作业系统发展现状与换接装置关键技术。结合课题要求,提出了换接装置的总体设计方案。对换接装置中的油路对接装置、锁紧装置和柔顺装置进行设计。在此基础上描述了换接装置的作业过程。根据换接装置的参数及技术要求,本文总结了换接装置的特点,分别对换接装置中的油路对接装置和锁紧装置进行设计。对油路对接装置中公头和母头弹簧的主要参数进行计算,保证油路对接装置可在水下500米深度保持密封。利用有限元软件对装置密封圈进行分析,得到密封圈与密封面之间的接触压力。估算对接过程中需要克服的阻力,并依此设计锁紧装置液压缸的公称压力;对锁紧柱进行剪力校核,保证锁紧可靠。最后对换接装置主要承压件进行有限元静力分析,验证设计的合理性。设计柔顺装置以补偿换接装置在对接过程中存在的误差。分析柔顺装置中弹性单元体和弹性柱的力学特性,推导出柔顺装置主要性能参数的数学表达式。对性能参数进行数学计算,得到柔顺装置性能参数值,为下一步研究换接装置对接过程奠定基础。运用Ansys软件对柔顺装置简化模型进行力学分析,验证该装置是否适用于水下换接作业。对弹性柱和柔顺装置进行模态分析和谐响应分析,研究二者的动态性能,避免因振动导致装置损坏。根据所规划的换接装置作业流程,将对接过程分为初对接阶段、圆柱销对接阶段和油路对接阶段。基于机器人柔顺装配理论,分析换接装置初对接阶段对接力与插入深度之间的关系,得出二者的数学关系表达式;利用Matlab绘制对接力与对接深度关系曲线;利用ADAMS软件对初对接阶段进行动力学仿真,得到不同参数对对接力的影响。基于概率理论建立圆柱销对接成功概率模型,推导对接成功概率与圆柱销及销孔尺寸精度和位置精度之间的关系式。带入相关参数,得到满足要求的圆柱销及销孔的尺寸精度和位置精度值。最后对油路对接阶段进行了动力学分析。