斯特林发动机对密封的可靠性要求极高,其密封性能的好坏直接影响到整体系统的性能。本文研究的组合式帽式密封结构是斯特林发动机活塞杆的动密封装置,要求其在一定工质压力范围内均能保持良好的密封性能。对此组合帽式密封结构从影响其密封性能的主要因素进行了分析,并在不同的工作环境下的工作状态进行了有限元模拟研究,同时在已搭建的斯特林发动机活塞杆密封试验台进行帽式密封性能试验,可以全面分析该帽式密封结构的密封性能并发现薄弱环节,对提高密封可靠性具有重要的意义,为斯特林发动机实际操作提供了参考。本文首先从帽式密封动密封机理、磨损机理、预紧力等主要影响因素对其密封性能和摩擦磨损规律进行理论分析。得出帽式密封磨损机理属剥层磨损,当橡胶0形圈在一定的径向过盈量时,作用在密封环与橡胶圈接触面的最大接触应力远大于工质压力,有效地保证了帽式密封装置的密封性能。其次,文章同时也分析了填充聚四氟乙烯和橡胶的材料特性,由于橡胶属于超弹材料,其弹性模量不能简单地被描述,本文通过实验获得了斯特林机活塞杆帽式密封所用的ST-Ml氟橡胶的应力应变数据,并利用ANSYS软件拟合得到此橡胶的本构方程。再次,建立了组合帽式密封结构的有限元模型,分别对安装状态和有工质压力环境下的帽式密封结构进行了数值模拟研究,获得了位移场、应力场分布及变形情况,全面分析了组合帽式密封结构在不同工质压力下的密封性能,绘制了主密封面随工况的变化曲线,为斯特林机实际运用中既要提高密封性能,又要减少磨损量的要求提供了指导。最后,在已搭建的斯特林发动机活塞杆密封试验台进行帽式密封性能试验,并根据实验条件和实验参数等因素,绘制了不同工质压力下密封环径向磨损量的变化规律曲线图。结合曲线分析和实验结果最终确定了实现帽式密封效果最佳的工质压力最优值,从而为斯特林发动机的工程应用和密封装置设计提供了理论依据与指导。