罩壳处的密封垫片密封时螺栓压紧力不能加大、壳体易发生翘曲变形、密封面狭窄、异型的问题导致该处的密封垫的设计较为困难。本文结合企业的平衡轴密封垫设计及开发项目，利用非线性有限元理论和正交试验方法对平衡轴密封垫的材料选择、结构设计及密封验证进行了仿真计算和优化分析。文中所论述的方法对罩壳处密封垫片的设计与开发具有指导意义。本文的主要研究内容可以分为以下几个方面：1．平衡轴缸体—垫片—密封罩—螺栓连接系统是典型的螺栓法兰垫片密封系统。首先研究了螺栓法兰垫片密封系统的密封机理及垫片在初始密封阶段和工作密封阶段的密封过程；并介绍了垫片密封结构中出现的界面泄漏、渗透泄漏以及吹出泄漏这三种泄漏形式；同时应用多孔介质中气体流动的毛细管模型来描述流体通过非金属垫片的泄漏；分析了螺栓法兰垫片密封系统的构件、垫片初始预紧力及垫片密封的运行工况对密封垫片泄漏的影响；最后阐述了垫片泄漏的试验检测方法及密封失效的理论判定准则。2．从密封垫片的材料、结构以及尺寸方面阐述了壳体密封垫片的设计思路；介绍了密封垫片与法兰密封面的四种配合形式，采用全平面的法兰密封面来设计密封罩，建立了密封罩及密封垫片的三维模型。最后分析了螺栓的设计及安装要求。3．介绍了有限元法及ABAQUS软件，分析了密封计算过程中的材料非线性和接触非线性问题，建立了平衡轴密封罩密封垫片平面应变有限元模型；分析了密封垫片橡胶硬度、厚度、宽度、截面形状、密封介质压力和密封面摩擦系数对密封性能的影响；介绍了正交试验方法和正交试验的设计步骤；建立了垫片设计参数的正交试验方法，并对垫片的设计参数进行了优化。4．采用改进的水压法对设计的密封垫片进行了密封性能的试验验证。