针对船舶轴系轴线弯曲、轴系不对中、尾轴承磨损、螺旋桨水动力等多种因素导致的船舶尾轴机械密封性能不稳定问题,应用经验公式与ANSYS有限元法,研究了球面与平面2种密封面形状对密封性能的影响规律。在水深为200、400、600m情况下,分别建立了球面与平面密封面的热-结构耦合模型,比较了2种机械密封的密封面接触面积、泄漏量、密封准数与单位面积摩擦功,分析了2种机械密封面形状对变形、接触压力与温度等关键参数的影响规律。研究结果表明:相同水深下,球面密封的间隙区域与最大间隙均小于平面密封,球面密封接触压力变化较平面密封平缓,其最大接触压力仅为平面密封的40%~50%;随水深的增加,2种密封面的接触压力、温度与变形均增大,密封面的接触区域缩小,间隙区域不断扩大;当水深由200m增加到600m时,球面密封的接触节点由10个减少为6个,平面密封的接触节点由7个减少为4个;当水深为200m时,球面密封面的最高温度比平面密封面低5.499℃;球面密封的接触面积、泄漏量、密封准数与单位面积摩擦功均优于平面密封。可见,球形密封能够提高船舶尾轴机械密封性能。