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针对目前空气螺杆钻具的核心部件——螺杆衬套副仍采用液动螺杆钻具的等导程、等横截面结构，在工作过程中会加速衬套橡胶老化，缩短螺杆钻具寿命等问题，设计了阶梯形变容积螺杆衬套副，并进行了算例设计。计算结果表明，螺杆钻具从入口端至出口端等效应力、接触应力逐渐加大；衬套副等效应力、接触应力随着过盈量的增大而增大。螺杆衬套副磨损量随着过盈量的增大而增大，但过盈量越小，密封效果也随之变差，一般取过盈量为0．5mm。可通过改变衬套副几何尺寸来改变输出特性参数，从而适应不同钻头及不同地质条件的要求。