井下导向钻井系统是钻井自动化及井下钻柱行为控制中的关键工具。目前，井下导向钻井系统有井下动力钻具导向钻井系统和井下旋转导向钻井系统2种技术模式。以低速大功率的井下动力机构作为转盘旋转系统的中继动力，配之以井下自动旋转导向钻井系统的复合钻进技术，将是未来大位移井增强极限延伸能力的一项有效的技术组合。内啮合式动力机构，是井下动力钻具中实现低速大功率特性的前景最好的机构形式。 文中针对内啮合式动力机构中定子与转子工作副的啮合特点，应用齿轮啮合原理，建立了定子与转子齿廓曲线的通用共轭线型方程，并对共轭线型的综合曲率、诱导曲率、相对滑动率和过流面积等基本特性进行了研究。 现行内啮合式动力机构定子与转子的共轭线型，局限于摆线类曲线。文中全面考虑影响内啮合式动力机构共轭线型设计的各项因素，引入加权的概念，建立了以最大综合曲率最小、最大相对滑动率最小和过流面积最大为目标函数的共轭线型优化设计模型。 选用三次样条函数作为转子齿顶廓形的初始拟合曲线，进行数值分析求解，得到了离散的定子与转子的共轭线型，将内啮合式动力机构定子与转子共轭线型的设计，由传统的以简单函数为基础寻找解析解的方法，扩展到了以数值分析为基础寻找离散优化解的范围。 在内啮合式动力机构中，螺杆钻具定子和转子的截面形状，与转子钻具的定子和转子的截面形状相同。前者的定子和转子均是3维螺旋曲面，比后者的定子和转子曲面复杂；后者的曲面只是前者螺旋角为零时的一种特例。以螺杆钻具定子和转子螺旋曲面的加工制造为重点，对螺旋曲面的生成原理，曲面的基本微分特性进行了详细研究。利用矩阵向量理论，建立了一套圆柱螺旋曲面成形铣削的刀具廓形设计和刀具安装参数选择的新方法。 针对螺杆钻具转子螺旋曲面的数控铣削加工，提出了基于5轴联动卧式回转工作台的旋风式等法曲率包络数控铣削技术。该项技术的实质是实时调整旋风式铣刀回转面的曲率方向，使其与被加工曲面密切贴近，形成等法曲率的逼近包络，这样，可极大地增加刀具在被加工曲面上的扫描面积，提高切削效率和表面加工质量。