随着科学技术的不断发展，各种自动化高能耗设备不断涌现，使得世界能源消耗量成倍剧增。石油作为目前世界上的主要能源，其资源正在日趋枯竭。我国现开采的几个大油田，由于长期开采使得地下油位和油压都很低，石油无法靠自身压力喷出井口。目前的采油设备已经不适应现阶段的采油要求，需要开发新式采油设备替代传统的高能耗、高污染、低效益的采油设备。采油螺杆泵是一种新兴的采油设备，适宜于高黏度、高含砂、高含气、低油压的原油开采，可以在斜井、定向井、水平井、沼泽地区以及海上平台进行采油作业。具有投资少、泵效高、结构简单、操作方便、适应性强等特点，能够有效降低采油成本，提高采油经济效益。螺杆泵凭其优越的性能，备受国内外油田的重视，并有望成为油田主要的机械采油方式。采油螺杆泵在油田的应用时间不长，虽然经过理论研究和实践探索，在举升机理分析和采油配套技术等方面取得一定进展，但这种新型采油设备的优势和潜力还没有充分发掘出来，在理论和技术上还存在许多难题亟待解决。采油螺杆泵的主要工作部件是螺杆和衬套副，螺杆泵螺杆曲面的形状和加工质量决定着螺杆与衬套副的啮合状况，不同的螺旋曲面型线不仅直接决定着螺杆泵的工作压力、额定流量、容积效率、振动噪声等技术性能指标的差异，还决定着螺杆的加工工艺以及产品成本。因此，研究螺杆泵螺杆的型线设计理论和精密加工技术对于螺杆泵的使用寿命、密封性能、举升压力等方面都具有重要意义，进而对螺杆泵采油技术的发展，充分发挥螺杆泵采油技术的优势，具有重要的应用价值。　　本研究主要内容包括：⑴研究螺杆型线设计理论。选定一种摆线作为发生线，赋予发生线以特定的行星运动，得到发生线的运动方程，进而可以求出相应的共轭曲线;然后再赋予发生线和共轭曲线以等螺距同旋向的螺旋运动，可得到空间共轭副;最后判断该空间共轭副是否满足密封条件和连续移动条件，如果满足，则该发生线和共轭曲线可以作为采油螺杆泵螺杆和衬套副的型线。对可以作为发生线的普通内摆线、普通外摆线、短幅内摆线、短幅外摆线以及内外摆线这五种线型进行螺杆型线设计。通过分析可知，普通外摆线等距线型存在严重的打扣现象，不能作为螺杆的型线，其余四种线型均可作为螺杆的型线。⑵研究螺杆运动学特性。分析螺杆—衬套副之间的啮合运动，研究普通内摆线、短幅内摆线、短幅外摆线以及内外摆线这四种线型的螺杆各参数之间的关系，推导齿凸接触点和齿凹接触点相对滑动速度的计算公式，确定齿凸接触点和齿凹接触点的相对滑动速度变化对定子磨损的影响。利用COSMOSMotion软件对多头螺杆泵进行运动仿真分析，验证螺杆与衬套副啮合运动和速度变化规律的正确性。⑶研究螺杆泵的力学特性、密封机理、泄漏产生的原因以及螺杆泵的压力分布规律。对螺杆泵的转子和定子建立有限元模型，进行有限元分析和流固耦合分析，分析转子对定子橡胶剪应力、剪应变和等效应力的影响，以及螺杆泵中石油的流速和出口压力对定子橡胶的影响。通过分析可知，螺杆泵的泄漏主要发生在齿凸接触点形成的密封带处;转子在转动过程中对定子挤压作用产生的剪应力最大，当定子的剪切强度低于受到的剪应力时就会产生剪切破坏;螺杆泵内石油的流速和出口压力与定子的剪应力和等效应力成线性关系，流速对定子的剪应力和等效应力影响很小，而出口压力对定子的影响较大。⑷研究螺杆的精密加工技术，主要研究了加工单头螺杆成型铣刀的设计理论及方法。根据在加工过程中螺杆和刀具的相对位置，建立螺杆和刀具的几何映射关系;根据单头螺杆的形状和特征参数，建立单头螺杆的螺旋面方程和轴向曲线方程。然后利用求解最小值的方法建立刀具与螺杆接触线方程，以阿基米德螺线为基础建立了铣刀的齿背曲线方程，在此基础之上推导出具有恒定后角的铣刀廓形方程的数学模型。基于此数学模型设计出加工单头螺杆的成型铣刀，并进行加工试验，验证成型铣刀设计的正确性。⑸研究螺杆和刀具的CAD系统设计。设计出具有螺杆设计、刀具设计、加工仿真、图形显示与结果输出等功能CAD系统。运用模块化设计思想，应用Visual C++和OpenGL混合编程的方法，开发一套基于Windows操作系统的螺杆和刀具的CAD系统，实现不同类型螺杆和相应成型铣刀的设计计算功能。