由于浅部地层的石油逐渐枯竭,钻井工程逐渐以深井超深井的方式由浅部转向深部地层,然而,实践证明,随着井深的增加,岩石的可钻性越来越差,破碎难度增大,在钻井过程中经常因为钻头扭力不足而发生卡滑事故,延长钻井周期,加快钻头的报废,从而造成巨大的经济损失。针对此类事故本文设计了一种纯机械式结构一扭矩放大器,对其结构进行了相关分析和研究,并进行了现场试验验证。首先,通过行星轮减速机构的扭矩放大原理和扭转弹簧的柔性扭矩传递特性制定了设计方案。在设计行星轮系统的过程中,确定了各齿轮的具体参数并对其进行了受力分析;根据钻井空间限制初步设计出扭转弹簧的结构,利用扭转弹簧的基本理论计算公式对其强度进行了校核计算:至此完成了整体的机械结构设计。其次,运用有限元分析软件ABAQUS对行星轮传动机构进行准静态接触分析,得到该机构中各齿轮的接触应力和弯曲应力并和理论计算进行对比,保证所设计齿轮传动的可靠性;对矩形截面弹簧进行扭转静强度分析,得出弹簧在扭转过程有足够的强度。由于弹簧在工作过程中要实现反复扭转,基于nCode designlife疲劳分析软件,对弹簧进行疲劳分析,预测其寿命并对其进行优化,保证弹簧在钻井的过程中不会发生疲劳断裂。最后,根据设计方案研制了扭矩放大器实物,并进行了现场试验验证。通过对试验数据的记录分析,证明了应用此装置的钻井工具在钻井速度方面有很大的提升,取出的钻头磨损平整有规律,在很大程度上延长了钻头的寿命。