螺杆钻具是石油钻井工程中使用非常广泛的一种井下动力钻具。螺杆钻具的核心动力部件是马达,马达由定子和转子组成,马达的基本工作原理是高压钻井液通过定转子之间的容积腔推动转子转动,带动钻头破碎岩石,完成从水力能到机械能的转换。提高螺杆钻具马达的输出性能可以显著的提高钻井效率、降低钻井成本。定转子设计是马达设计制造的核心内容,首先对马达定转子线型的生成理论进行了研究,为定转子线型设计打下了基础；然后分析了影响马达性能的主要因素即马达容积腔压力的变化规律,并且确定了马达过盈量设计的准则；建立了定转子啮合模型,定义了定转子之间的过盈量,并且基于该模型建立了定转子线型评价方法,以确定定转子之间合理的过盈量设计值,提高马达密封和输出性能,最后通过马达性能实验验证了该线型评价方法的合理性。主要研究工作如下：(1)螺杆钻具马达定转子线型理论研究。定转子的基础线型是摆线,通过平面坐标变换,获得了多种摆线的通用公式。定子和转子的线型是一对共轭曲线,分析了生成共轭曲线的两种方法：齿廓法线法和包络法。传统上定转子线型多采用普通内摆线的外等距曲线,本文确定了一种用圆弧或者椭圆弧替代内摆线外等距曲线的线型,并且对渐开线线型进行了分析。(2)马达定转子之间容积腔分布及压力变化分析研究。流经马达的高压钻井液的压力对容积腔密封影响较大,首先对马达定转子之间容积腔分布进行了研究,然后分析了各个容积腔压力变化情况,根据文献确定了后续设计定转子间合理过盈量的基本原则,即保证相邻容积腔压差小于定转子之间因过盈量产生的接触应力,从而提高马达密封性能。(3)马达定转子啮合模型研究。本文忽略动力学等因素,只考虑接触力对转子的影响,建立了定转子啮合模型,使得转子在定子内部转动时处于理论平衡状态,在此基础上定义了定转子之间的过盈量。(4)定转子线型评价方法和马达性能实验。通过容积腔压力分析以及定转子啮合模型,建立了马达定转子线型的评价方法,当定转子之间过盈量波动范围为0.16mm-0.21 mm之间,并且变化尽量平缓,可以保证马达具有良好的输出性能,最后通过马达样机试制及马达性能实验,验证了该线型评价方法的合理性。通过本研究形成了一种新的马达定转子过盈量设计方法,有效地减少了钻井液过早漏损,提高了马达的密封性能,对指导马达定转子线型精细化设计,提升产品质量,具有重要的应用价值。