旋转控制头是实施欠平衡钻井的关键设备，其核心部件是轴承总成，目前全部依赖进口。为填补我国在这方面的技术空白，本文从轴承总成的受力分析，滚动轴承的选择和可靠性计算，轴承总成中内筒与外筒的可靠性设计，润滑、密封和冷却的设计等几方面对轴承总成进行了研究，设计了一种具有自主知识产权的、安全可靠的欠平衡钻井用高压旋转动密封轴承总成。 首先，根据轴承总成的使用工况，本文首次建立力学模型，对轴承总成的受力状况进行分析。结合现场工况，分析了轴承总成受到的轴向力以及在三种工况情况（方补芯与天车同轴度偏差、天车与防喷器中心线同轴度误差、钻具接头与套管壁接触等）下的侧向力；用非线性接触有限元法仿真计算了41/8"胶芯抵御横向变形的刚度。 然后，根据可靠性设计理论，借助于有限单元法，设计了轴承总成的主要结构。经过对不同旋转机械的对比研究，确定了轴承的布置方案；计算了抗弯扶正轴承在各种工况的受力，利用可靠性设计法对滚动轴承进行选型、对轴承总成内外筒体进行了设计。分析了井口偏斜对轴承寿命及内外筒应力的影响；最后计算了轴承总成整体的可靠度。 为了使轴承总成在高压钻井液介质中工作能够保持高的可靠度，本文还通过对比选择了一种高压旋转动密封件，并设计了合理的润滑、冷却结构。 本文以可靠性设计理论为依据，从理论分析、数值计算和产品设计等几方面对轴承总成进行了研究，绘制了整套图纸，自行设计了我国第一套高压旋转控制头轴承总成。该设计的完成对提高我国欠平衡钻井装备研制技术以及推广欠平衡钻井技术都具有重要意义。