油封因具有简单的结构、可靠的性能、易于安装和价格低廉的特点,被广泛应用于旋转机械中。油封运行时,密封界面的润滑、摩擦状态直接影响其密封性能。近几年,应用表面微观纹理提高密封界面的润滑性能的研究,不断得到重视。但现有唇口表面纹理的布局形态和纹理的几何参数,都是凭借经验设计。为了能够对油封的密封性能提供最佳的润滑和摩擦特性的表面纹理设计,本文研究了唇口表面纹理优化对油封密封性能的影响,研究成果对推动表面纹理在密封件上的合理应用、提升油封的密封性能,具有重要的指导意义。本论文主要研究内容如下:通过ABAQUS软件建立了预压紧状态下油封的三维有限元模型,获得了油封唇口最大接触压力与过盈量、理论接触宽度之间的关系;根据ABAQUS获得的应力结果,利用疲劳分析软件FE-SAFE,预测不同过盈量、不同理论接触宽度时油封循环寿命的变化趋势。结果表明:随着过盈量的增加,油封唇口最大接触压力先增大后减小,循环寿命则持续下降;随着理论接触宽度的增加,唇口最大接触压力逐渐下降,油封循环寿命逐渐增加。综合考虑模拟结果,当过盈量控制在0.35 mm～0.45 mm,理论接触宽度控制在0.3 mm～0.5 mm的范围内时,油封可获得较好的密封能力和循环寿命。对优化后的油封唇表面,进行了等腰三角形、椭圆形、矩形微凹坑纹理的优化设计。基于弹流润滑理论,耦合唇部微凹坑纹理参数并考虑表面粗糙度,应用二维平均雷诺方程,建立了油封的数值计算模型。基于MATLAB编程,对数值方程迭代求解,获得了纹理深度、旋转角度、形状因子以及纹理间距对油封密封性能指标的影响规律,进而对各形状的纹理进行了优化,得出三种微凹纹理的纹理深度、旋转角度、形状因子、纹理间距排列的最优参数值,即等腰三角形微凹纹理为6μm、120°、1.4、2 mm,椭圆形微凹坑纹理为7μm、140°、1.4、2 mm,矩形微凹坑纹理为7μm、130°、1.5、2 mm。在不同的粗糙度、工作压力和转速工作参数下,探究了三种不同形状纹理的优化方案对油封密封性能的影响。结果表明:具有不同形状纹理的油封,其泵吸率和摩擦扭矩随粗糙度、工作压力和转速的变化趋势基本相同,等腰三角形凹坑纹理对泵吸率影响最为显著,矩形纹理可以获得较小的摩擦扭矩。