尾轴机械密封是船舶轴系的重要部件,其密封性能的优劣直接影响船舶航行的安全和生命力。目前尾轴密封的关键问题是摩擦学和密封性能。采用表面织构可改善机械密封性能,延长其使用寿命。基于表面织构,以尾轴机械密封为研究对象,开展了热-流-固耦合分析、材料摩擦学性能试验、机械密封性能台架试验等工作,研究了密封环材料、织构参数、工况条件等因素对机械密封性能的影响,优化了织构形式。研究工作和成果如下:(1)应用ANSYS建立了机械密封热-流-固耦合模型,并进行了模型仿真和解析计算结果对比,验证了有限元模型的合理性。研究结果表明:水膜支撑力和端面支撑力的误差在6%以内,接触比压误差为14.3%,模型达到使用要求。(2)对高分子材料试件进行摩擦学性能试验,从试件摩擦因数、磨损量的角度对织构布置面、织构参数、材料进行了筛选。试验结果表明:在大部分工况下,表面织构直径为1.2 mm的黄色研理试件具有更优越的减摩、耐磨效果。(3)对织构机械密封进行了密封性能台架试验,对比了水膜压力、端面温度、泄漏量、摩擦因数等摩擦学和密封性能参数,分析了工况条件对织构、无织构密封的影响规律,评价了表面织构对机械密封性能的影响水平。试验结果表明:表面织构对机械密封有良好的的减摩和降温效果。(4)应用热-流-固耦合模型对不同类型表面织构的摩擦学性能进行了对比,分析了各种因素对水膜压力、水膜温度及端面变形的影响状况,重点讨论了不同织构对降低水膜温度的作用效果;探讨了无织构密封和有织构密封的水膜压力沿密封端面径向分布状况(前者呈线性变化,后者呈波浪式增大);研究了三种织构在部分区域的增压作用,以及不同密封端面沿径向的相对变形规律。结果表明,菱形织构的降温效果明显,增压效果稍低于其他类型织构,变形量相对较小,综合性能最佳。