油封因具有密封性好、寿命长、价格低廉等优点,使其成为轴端动密封中最常见的密封形式。油封的密封性能受其结构形状、橡胶材料、润滑状态以及工况参数等诸多因素影响。传统的油封结构设计很大程度上依赖于设计者的经验和技巧,然而,近几年随着有限元软件的广泛应用,使得复杂工况下油封的密封性能模拟成为可能,为油封的优化设计提供了快捷、高效的分析方法。利用有限元分析软件ABAQUS建立油封的二维轴对称模型,并分析了接触宽度、前后唇角、过盈量以及腰厚等结构参数对油封密封性能的影响。结果表明:唇口最大接触压力随接触宽度、前唇角和过盈量的增大而减小,随后唇角和腰厚的增加而增大。基于响应曲面法以获得油封面最大接触压力作为优化目标,对油封的结构参数进行优化设计,得到了最佳的优化组合方案。建立油封的三维有限元模型,并对优化前后油封的非稳态温度场进行仿真,获得压力、转速与油封温升之间的关系曲线。仿真结果表明:密封圈温度随压力的增大而减小,随转速的增加而增大;摩擦面上的温度从两侧向中间逐渐增加,最高温度位于中间位置靠近空气侧,且优化后的油封随着转速的增大和压力的升高,温度的变化幅度趋于平缓,证实了优化后油封的较好散热性能。基于有限元分析结果,集成数值计算理论方法,分析了接触宽度、前后唇角、抱轴力和转速等参数对泵汲率的影响,同时分析了转速对摩擦扭矩的影响。结果表明:优化前后两种油封的泵汲率都随前唇角、转速的增加而增加,随后唇角和抱轴力增加而减小。优化后的油封相比优化前油封具有更好的泵汲效应,且随转速的增加,摩擦扭矩明显低于优化前油封。