水下对接技术是深海空间站人员与物资转移,失事潜水艇被困人员救助的重要技术,我国的水下对接技术虽然已经起步,但是与国外技术还存在较大差距。为了继续推动水下对接技术的发展,在转动式对接裙研究技术的基础上,对双自由度转动式球壳对接裙的关键技术进行研究,并进行了试验验证。本文根据双自由度转动式球壳对接裙工作的深海环境,确定了其最佳作业方式为顶流作业。对其关键技术进行了研究,设计了转动关节处的结构及其密封结构,确定了总体方案、以及主体所用材料。通过多目标遗传算法对固定裙、方向裙、角度裙初步计算的参数进行优化,使其在满足工况条件下降低重量。分析了双自由度转动式球壳对接裙的密封效果,根据其工作环境,对固定裙与深潜救生艇的密封结构进行了有限元仿真,得到了密封结构的“危险截面”,然后以“危险截面”为研究对象,分析了不同数量螺栓预紧压缩O型密封圈对密封效果的影响。对固定裙与方向裙的密封结构进行了有限元仿真,分析了O型密封圈在三种压缩率时其“自密封”的效果。根据双自由度转动式球壳对接裙的工作原理,利用D-H变换矩阵推导出了其运动学模型,得到了方向裙、角度裙转动的角度与对接裙口纵、横倾角之间的关系公式,利用MATLAB编程得到其三维曲线,并得到了双自由度转动式球壳对接裙的对接口与失事潜水艇对接时,深潜救生艇所需行驶的最短距离。针对四种典型的工况,利用ADAMS对其进行了运动学仿真,得到了纵、横倾角与时间的变化曲线,并确定了双自由度转动式球壳对接裙的工作范围,用Workbench对其进行了碰撞仿真,得到了其最佳对接方式。进行了双自由度转动式球壳对接裙的试验研究,针对固定裙与深潜救生艇的密封方式进行了试验验证、以及对固定裙与方向裙的密封方式进行了试验验证,两种密封方式均通过了水密性试验,并对双自由度转动式球壳对接裙进行了耐外压试验,试验表明其状态良好无破损,验证了本文设计的密封方式和结构的正确性。本文对双自由度转动式球壳对接裙的关键技术进行了结构设计、有限元仿真、理论推导、运动学仿真、试验验证。为双自由度转动式球壳对接裙工程样机的海试提供了一定参考。