在目前国内修井作业过程中,井口操作还是以手工操作为主,此种作业工人劳动强度大,容易造成重大工程和人身事故。因此,国内出现了大量的自动化井口设备,动力卡瓦是自动化修井作业设备的重要组成部分。首先,介绍了国内外卡瓦的现状以及发展过程,总结了动力卡瓦结构设计要点。其次,建立单轴载荷下金属的应力—应变特征及其理想化模型,讨论了金属典型基本应力—应变关系;根据建立的模型推出一般应力状态的初始屈服条件,Tresca准则和Von Mises准则;推出了屈服条件的函数,提出了三种描述强化材料的加载面形成方法。介绍了概率法机械设计特点,两种可靠度的一般表达式,即应力强度为指数分布和正态分布,以及受不稳定变应力疲劳强度的计算。最后,本文对卡瓦主要部件进行了有限元分析和动力学分析。讨论了卡瓦牙的几个重要几何参数与卡紧效果的关系,其中包括:卡牙张角、卡牙高度、卡牙间距、吃入深度;讨论了卡瓦体、卡瓦座的失效形式以及影响卡瓦工作可靠性的因素;利用正交优化法进行了各种组合的优化,并得出较为理想的优化组合。