2.4　柱塞泵

柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵，与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点：

①构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到较高的配合精度，密封性能好，在高压下工作仍有较高的容积效率；

②只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变流量；

③柱塞泵主要零件均受压应力，材料强度性能可得以充分利用。

由于柱塞泵压力高，结构紧凑，效率高，流量调节方便，故在需要高压、大流量、大功率的系统中和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上得到广泛的应用。柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两大类。

2.4.1　径向柱塞泵

1.工作原理

如图2.22所示为径向柱塞泵的工作原理。它由定子、转子（又称缸体）、配油轴、衬套和柱塞等组成。沿转子的半径方向均匀分布有若干个柱塞缸，柱塞缸可在其中灵活滑动。衬套4与转子2的柱塞缸是过盈配合，随转子2一起转动。配油轴3固定不动，其结构如图2.22（b）所示，当转子2转动时，由于定子1内圆中心和转子2中心之间有偏心距e，因而柱塞在定子1内表面的作用下，在转子2的柱塞缸中做往复运动，实现密封容积变化。在配流轴3与衬套4接触处加工出上、下两个缺口，形成吸油口a和压油口b，留下的部分形成封油区。转子每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油和压油。若沿水平方向移动定子，改变偏心距e的大小，便可改变柱塞移动的行程长度，从而改变密封容积变化量，达到改变径向柱塞泵输出流量的目的。若改变偏心距e的偏移方向，则径向柱塞泵的输油方向也随之改变，即成为双向的变量径向柱塞泵。

径向柱塞泵径向尺寸大，转动惯量大，自吸能力差，且由于其配流轴受到径向不平衡力的作用，因而易磨损，这些都限制了其转速与压力的提高，故其应用范围较小，常用于拉床、压力机或船舶等大功率系统。

2.排量和流量计算

当径向柱塞泵的偏心距为e时，柱塞在转子孔内的运动行程为2e。若柱塞数为z，柱塞直径为d，则径向柱塞泵的排量为

若径向柱塞泵的转速为n，容积效率为ην，则其实际流量为

由于柱塞在转子的柱塞缸中移动的速度是变化的，因而径向柱塞泵的瞬时流量是脉动的。柱塞数为奇数时径向柱塞泵的脉动率要比柱塞数为偶数时径向柱塞泵的脉动率小得多。因此，径向柱塞泵的柱塞数一般采用奇数。

2.4.2　轴向柱塞泵

轴向柱塞泵的柱塞缸是轴向排列的，因此，它除了具有密封性良好和容积效率较高等优点外，还有结构紧凑、尺寸小、惯性小等优点，因此，在机床上应用较多。轴向柱塞泵可分为斜盘式和斜轴式两种，下面主要介绍斜盘式。

1.工作原理

如图2.23所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。它由斜盘1、柱塞2、缸体3、配流盘4和传动轴5等组成。缸体（转子）3上沿圆周均匀分布若干轴向排列的柱塞缸，柱塞可在其中灵活滑动。斜盘1和配油盘4固定不动，传动轴5带动缸体3和柱塞2一起旋转，柱塞2靠机械装置或低压油的作用顶在斜盘1上。当缸体旋转时，柱塞即在轴向左右移动，使得工作腔容积发生变化。轴向柱塞泵是靠配流盘来配流的，配流盘上的配流窗口分为左右两部分，若缸体如图2.23所示方向顺时针旋转，则图中左边配流窗口a为吸油区，右边为压油区。轴向柱塞泵每旋转一周，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油、压油。改变斜盘1倾斜角度γ的大小，可以改变柱塞往复运动的行程长度，从而改变轴向柱塞泵的排量。

2.排量和流量的计算

图2.23中斜盘式轴向柱塞泵柱塞的直径为d，柱塞在缸体上的分布圆直径为D，斜盘倾斜角度为γ。当柱塞数为z时，轴向柱塞泵的排量为

若轴向柱塞泵的转速为n，容积效率为ην，则实际流量为

实际上，柱塞轴向移动速度是随着缸体转动角度的变化而变化的。因此，轴向柱塞泵某一瞬时输出流量也随缸体转动角度的变化而变化，即其输出流量是脉动的。轴向柱塞泵的柱塞数一般为奇数，从结构和工艺性考虑，常取z=7或z=9。

3.结构特点

（1）结构

如图2.24为一种斜盘式轴向柱塞泵的结构图。该泵由主体部分（图中右半部分）和变量机构（图中左半部分）两大部分组成。在主体部分中，传动轴6与缸体7通过花键连接而驱动缸体转动，均匀分布在缸体上的七个柱塞8绕传动轴的轴线作牵连旋转运动；每个柱塞的球头与滑靴9铰接，回程弹簧4通过内套3、钢球、回程盘2将滑靴紧紧压在斜盘及变量头组件10上，由于斜盘及变量头组件的法线方向与传动轴的轴线方向有一夹角，当缸体旋转时，柱塞沿缸体上的柱塞孔作相对往复运动，通过配流盘5完成吸、排油。与此同时，定心弹簧的反力又将缸体压在配流盘上，起预密封作用。由于滑靴和配流盘均采用静压支承结构，因此具有较高的性能参数。在变量机构中，当旋转变量手轮l时，通过丝杆带动变量活塞12沿变量活塞壳体11上下运动，活塞通过拨叉13使斜盘及变量头组件绕其自身的旋转中心摆动，改变斜盘及变量头组件的法线方向与传动轴的轴线方向的夹角，从而达到改变变量的目的。

（2）特点

①端面间隙的自动补偿。由图2.24可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随着泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力作用，从而紧贴着配流盘就使端面间隙得到了自动补偿。

②滑靴及静压支承结构。在斜盘式轴向柱塞泵中，若各柱塞以球形头部直接接触斜盘而滑动，这种泵称为点接触式轴向柱塞泵。点接触式轴向柱塞泵在工作时，由于柱塞球头与斜盘平面理论上为点接触，因而，接触应力大，极易磨损。—般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴，如图2.25所示，滑靴是按静压轴承原理设计的、缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室5，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况，有利于提高轴向柱塞泵的压力和其他参数，使其在高压、高速下工作。

③变量机构。在斜盘式轴向柱塞泵中，通过改变斜盘倾角γ的大小就可调节泵的排量，变量机构的结构形式是多种多样的，这里以手动伺服变量机构为例说明变量机构的工作原理。

图2.26是手动伺服变量机构简图，该机构由壳体（缸筒）1、变量活塞2和伺服阀芯3组成。变量活塞2兼作伺服阀的阀体，其中心与阀芯相配合，并有c、d和e三个孔道分别沟通缸筒1下腔a、上腔b和油箱。泵上的斜盘及变量头组件4通过拨叉机构与变量活塞2下端铰接，利用变量活塞2的上下移动来改变斜盘倾角γ。当用手柄使伺服阀芯3向下移动时，上面的阀口打开，经a腔引入的压力油p经孔道c通向b腔，活塞因上腔有效面积大于下腔的有效面积而移动，变量活塞2移动时又使伺服阀上的阀口关闭，最终使活塞2自身停止运动；同理.当手柄使伺服阀芯3向上移动时，下面的阀口打开，b和e接通油箱，变量活塞2在a腔压力油的作用下向上移动，并在该阀口关闭时自行停止运动。可见，变量活塞2与伺服阀芯3是随动关系，用较小的力驱动阀芯，就可以调节斜盘倾角。