深海推进器等水下作业设备具有多方面性能指标,而旋转轴密封对系统稳定性及安全性具有至关重要的作用。机械密封作为常用旋转密封的一种形式,具有密封性能稳定、寿命长等特点,随设备工作水深及航速的改变,机械密封环温度场及端面变形受水压、低温等多种因素影响,存在复杂的热-力耦合作用。此外,辅助密封圈内部应力及变形情况随工况改变而改变,密封性能受初始条件因素影响较大。本文以深海推进器等水下作业设备用机械密封为研究对象,对机械密封环温度场、端面变形规律及辅助密封圈密封性能、微动特性等进行研究,探索海洋环境下机械密封端面变形控制方法,提高密封稳定性。主要研究内容如下:(1)建立机械密封环有限元模型,对机械密封环受力状态分析;研究其端面受力变形规律及力变形后端面实际接触状态。(2)对机械密封环温度场研究,针对深海推进器等水下作业设备工作特点,研究机械密封环在不同水深、不同航速下的温度场及端面温升规律;通过整体法与分离法两种分析方法研究其端面热变形及变形后端面实际接触状态。(3)采用间接耦合分析方法对稳态工况下机械密封环端面热-力耦合变形研究,将分析结果与力变形、热变形结果比较,总结端面变形规律;采用直接耦合分析方法对瞬态工况下机械密封环温度场分布规律研究。(4)基于机械密封环温度场及端面变形的研究,提出几种结构优化方案,旨在降低端面温度,减小端面热变形及边缘应力集中。(5)对辅助密封圈进行非线性有限元分析,研究初始压缩率、材料硬度以及介质压力对密封圈密封性能的影响,并对补偿环与轴处密封圈的微动特性进行研究,研究微动对密封圈的影响。