潜水器等深海作业设备用机械密封端面热力变形随水深的不同而不同,且存在复杂的热力耦合作用。过大的端面变形会影响密封性能及其使用寿命,甚至会危害到操乘人员的生命安全。对接触式机械密封进行热力耦合变形分析,能有效地对密封端面变形进行预测和评估,有助于研究机械密封端面变形控制的方法以及促进深海机械密封的发展与应用。本文以深海作业装备用机械密封为研究对象,综合考虑密封环热力变形、润滑液膜压力分布和粘温特性等之间的耦合关系,通过建立接触式机械密封的稳态和瞬态轴对称模型,研究稳态密封性能和瞬态密封性能演化规律,为机械密封环的变形控制提供了方法。主要工作和结果如下:考虑密封端面的热、力变形和液膜温度、厚度等之间的耦合关系,建立了机械密封稳态热力耦合模型,分析了密封端面的变形规律,研究了密封压力和转速对端面热力变形和密封性能的影响;通过建立机械密封启动瞬态工况下的热力耦合模型,研究了等压启动和变压启动两种工况条件下密封环端面变形和密封间隙的变化规律,分析了各性能参数的演化规律;在稳态热力耦合模型的基础上考虑端面磨损的影响,建立机械密封端面磨损的数学模型,研究了端面磨合过程中密封间隙和动环端面形状的演变规律,分析了密封端面热力变形、液膜厚度和泄漏率等的变化规律;基于密封端面热力耦合变形,研究了密封环结构尺寸对端面变形的影响规律,重点探究了“尾部支撑”轴向长度和动环端面力变形之间的关系,提出了通过控制动环力变形改变其锥度进而实现动静环端面相对零变形的方法。结果表明,在稳态工况下,密封端面热、力变形沿径向呈近似线性分布,并非呈完全线性分布;力变形引起动环端面形成发散锥形,热变形形成收敛锥形,综合效果为形成收敛状锥形间隙;启动瞬态工况下,随时间的增加,端面间隙由发散型转变为收敛型;在端面磨合过程中,密封间隙逐渐由收敛型转变为平行型,且磨损后动环的几何形貌由静环热力变形后的形貌所决定;通过设计合理的动环结构尺寸控制端面力变形,可获得稳态工况下近似平行状的密封间隙。论文模型和相关结论可用于指导机械密封的失效分析和密封环的结构设计。