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机械密封因具有密封性好、摩擦功率损耗低、使用寿命长等优点而被广泛应用于石油化工、航空航天等领域。随着精密制造业的发展,对机械密封的性能提出了更高的要求,但目前针对机械密封在减小摩擦磨损及微型化、轻量化等方面的研究尚未有重大进展。前期研究表明,田螺在干旱天气下利用厣盖密封壳口能有效防止身体水分流失,可在缺水状态下存活数月,这为设计新型机械密封结构提供了新思路。本文以田螺厣盖作为仿生对象,观测了田螺宏观运动特性及厣盖的微观结构,通过建立数学模型分析了厣盖的减摩和密封机理,采用3D打印技术制备了仿厣盖薄片并进行了密封性能测试,结合理论和实验分析,提出了仿生机械密封中静环的改进设计方案。采用宏观与微观相结合的研究方法,揭示了田螺厣盖的减摩机理。利用光学显微镜、SEM、白光干涉三维形貌仪表征厣盖表面形貌,发现厣盖为表面均布环状微沟槽的卵圆形薄片,通过对田螺爬行视频的逐帧分析,得到壳与厣盖的相对角速率。基于厣盖微沟槽结构建立流体动压润滑模型,计算得到福寿螺厣盖与壳体之间的理论摩擦系数可达0.012,证明存在最优的微沟槽尺寸使摩擦系数最低。与光滑平面相比,福寿螺厣盖的微沟槽结构使得其与壳体间的摩擦系数降低了97%,该结果表明,田螺厣盖的微沟槽结构能够形成有效的动压润滑减小与壳体间的摩擦。通过观测手段量化了田螺厣盖的锁定行为,并建立数学模型揭示了厣盖几何构型与密封能力之间的关系。测量了厣盖锁定状态时边缘的变形量,借助微观成像技术观测到厣盖边缘的分层结构,并建立数学模型,从刚度、接触面积的角度阐述了分层结构对密封性能的贡献,证明了厣盖分层结构具有最优的层数和几何尺寸以提供较小刚度增强密封性能。采用3D打印技术制备了均匀薄片与仿生薄片,并比较两种设计的流体密封效果,对泄漏率的测量试验表明:在相同压力条件下,分层结构能够显著降低泄漏率。通过对田螺厣盖减摩和密封机理的分析讨论,给出对机械密封中静环的改进设计方案。将静环设计为表面具有环形微沟槽、边缘为分层结构的环状薄片,在降低结构尺寸和重量的同时,能够减小摩擦磨损,增强密封性能,延长使用寿命。