金属端面密封技术不仅可以提高牙轮钻头的工作转数和工作寿命,而且比使用常规橡胶圈密封更能提高整个轴承系统的可靠性。单金属浮动密封和第二代单金属浮动密封技术进一步提高了密封结构的整体可靠性和钻头的工作转数以及平均寿命,但是至今国内钻头生产厂家未能掌握单金属浮动密封系统的设计开发技术。本文首先根据已经收集的相关资料,完成单金属浮动密封的初步结构设计并借助有限元软件MSC.Marc对单金属浮动密封多体接触系统进行仿真模拟,研究了浮动环结构、密封区结构、橡胶密封件弹性参数对密封接触性能的影响。设计加工了一套单金属浮动密封实验装置,采用螺纹加载方式对单金属浮动密封装配进行了模拟,研究了单金属浮动密封结构在仅有橡胶增能圈、仅有背部支撑环及两者同时存在时的轴向载荷与轴向压缩量的关系,根据密封力范围1090～1526N,对比实验曲线得到相对应的压缩量为3.5mm～3.8mm,分析了背部支撑环的存在有利于密封的原因,分析了加载过程中分步加载与预先加载对实验结果的影响,分析探讨了密封结构中橡胶材料——O形圈、背部支撑环在密封中的实际作用。最后进行了加压条件下的静态载荷实验,并分析了有润滑压力时的轴向载荷与轴向位移的关系。考虑了密封面的润滑问题,初步建立了非轴对称稳态和动态分析模型,通过推导简化雷诺方程研究了润滑脂压力、接触压力、润滑油膜厚度以及泄漏量等参数的确定方法,并给出了动态模型的计算流程图。