柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復(fù)運(yùn)動造成密封容積的變化來實現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵。與齒輪泵和葉片泵相比，這種泵有許多優(yōu)點(diǎn)。
   首先，構(gòu)成密封容積的零件為圓柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓工作仍有較高的容積效率；
   第二，只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實現(xiàn)變量；
   第三，柱塞泵中的主要零件均受壓應(yīng)力作用，材料強(qiáng)度性能可得到充分利用。
   由于柱塞泵壓力高，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，流量調(diào)節(jié)方便，故在需要高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機(jī)、工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械、船舶上得到廣泛的應(yīng)用。柱塞泵按柱塞的排列和運(yùn)動方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。

     4.1  徑向柱塞泵

• 1. 徑向柱塞泵的工作原理
     徑向柱塞泵的工作原理如圖3—22所示，柱塞1徑向排列裝在缸體2中，缸體由原動機(jī)帶動連同柱塞1一起旋轉(zhuǎn)，所以缸體2一般稱為轉(zhuǎn)子，柱塞1在離心力的（或在低壓油）作用下抵緊定子4的內(nèi)壁，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向回轉(zhuǎn)時，由于定子和轉(zhuǎn)子之間有偏心距e，柱塞繞經(jīng)上半周時向外伸出，柱塞底部的容積逐漸增大，形成部分真空，因此便經(jīng)過襯套3（襯套3是壓緊在轉(zhuǎn)子內(nèi)，并和轉(zhuǎn)子一起回轉(zhuǎn)）上的油孔從配油孔5和吸油口b吸油；當(dāng)柱塞轉(zhuǎn)到下半周時，定子內(nèi)壁將柱塞向里推，柱塞底部的容積逐漸減小，向配油軸的壓油口c壓油，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)一周時，每個柱塞底部的密封容積完成一次吸壓油，轉(zhuǎn)子連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，即完成壓吸油工作。配油軸固定不動，油液從配油軸上半部的兩個孔a流入，從下半部兩個油孔d壓出，為了進(jìn)行配油，配油軸在和襯套3接觸的一段加工出上下兩個缺口，形成吸油口b和壓油口c，留下的部分形成封油區(qū)。封油區(qū)的寬度應(yīng)能封住襯套上的吸壓油孔，以防吸油口和壓油口相連通，但尺寸也不能大得太多，以免產(chǎn)生困油現(xiàn)象。

圖3—22 徑向柱塞泵的工作原理

1—柱塞 2—缸體 3—襯套 4—定子 5—配油軸

   2.徑向柱塞泵的排量和流量計算：當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子之間的偏心距為e時，柱塞在缸體孔中的行程為2e，設(shè)柱塞個數(shù)為z，直徑為d時，泵的排量為：
                 （3—27）

    設(shè)泵的轉(zhuǎn)數(shù)為n，容積效率為ηV，則泵的實際輸出流量為：

               （3—28）

     4.2、 軸向柱塞泵

    1.軸向柱塞泵的工作原理
   軸向柱塞泵是將多個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上,并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵。軸向柱塞泵有兩種形式,直軸式(斜盤式)和斜軸式(擺缸式),如圖3-23所示為直軸式軸向柱塞泵的工作原理,這種泵主體由缸體1、配油盤2、柱塞3和斜盤4組成。柱塞沿圓周均勻分布在缸體內(nèi)。斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度,柱塞靠機(jī)械裝置或在低壓油作用下壓緊在斜盤上(圖中為彈簧),配油盤2和斜盤4固定不轉(zhuǎn),當(dāng)原動機(jī)通過傳動軸使缸體轉(zhuǎn)動時,由于斜盤的作用,迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動,并通過配油盤的配油窗口進(jìn)行吸油和壓油。如圖3-23中所示回轉(zhuǎn)方向,當(dāng)缸體轉(zhuǎn)角在π～2π范圍內(nèi),柱塞向外伸出,柱塞底部缸孔的密封工作容積增大,通過配油盤的吸油窗口吸油;在0～π范圍內(nèi),柱塞被斜盤推入缸體,使缸孔容積減小,通過配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周,每個柱塞各完成吸、壓油一次,如改變斜盤傾角��,就能改變柱塞行程的長度,即改變液壓泵的排量,改變斜盤傾角方向,就能改變吸油和壓油的方向,即成為雙向變量泵。

            圖3—23  軸向柱塞泵的工作原理

        1—缸體  2—配油盤  3—柱塞  4—斜盤   5—傳動軸   6—彈簧

   斜軸式軸向柱塞泵的缸體軸線相對傳動軸軸線成一傾角,傳動軸端部用萬向鉸鏈、連桿與缸體中的每個柱塞相聯(lián)結(jié),當(dāng)傳動軸轉(zhuǎn)動時,通過萬向鉸鏈、連桿使柱塞和缸體一起轉(zhuǎn)動,并迫使柱塞在缸體中作往復(fù)運(yùn)動,借助配油盤進(jìn)行吸油和壓油。這類泵的優(yōu)點(diǎn)是變量范圍大,泵的強(qiáng)度較高,但和上述直軸式相比,其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,外形尺寸和重量均較大。

   軸向柱塞泵的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小,慣性小,容積效率高,目前最高壓力可達(dá)40.0MPa,甚至更高,一般用于工程機(jī)械、壓力機(jī)等高壓系統(tǒng)中,但其軸向尺寸較大,軸向作用力也較大,結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

   2.軸向柱塞泵的排量和流量
   計算見圖3-23,柱塞的直徑為d,柱塞分布圓直徑為D,斜盤傾角為γ時,柱塞的行程為s=Dtanγ,所以當(dāng)柱塞數(shù)為z時,軸向柱塞泵的排量為：

   (3-29)

    設(shè)泵的轉(zhuǎn)數(shù)為n,容積效率為ηv則泵的實際輸出流量為：

   (3-30)

    實際上,由于柱塞在缸體孔中運(yùn)動的速度不是恒速的,因而輸出流量是有脈動的,當(dāng)柱塞數(shù)為奇數(shù)時,脈動較小,且柱塞數(shù)多脈動也較小,因而一般常用的柱塞泵的柱塞個數(shù)為7、9或11。

    3. 軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

  (1)典型結(jié)構(gòu)。圖3-24所示為一種直軸式軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)。柱塞的球狀頭部裝在滑履4內(nèi)，以缸體作為支撐的彈簧9通過鋼球推壓回程盤3，回程盤和柱塞滑履一同轉(zhuǎn)動。在排油過程中借助斜盤2推動柱塞作軸向運(yùn)動；在吸油時依靠回程盤、鋼球和彈簧組成的回程裝置將滑履緊緊壓在斜盤表面上滑動,彈簧9一般稱之為回程彈簧,這樣的泵具有自吸能力。在滑履與斜盤相接觸的部分有一油室,它通過柱塞中間的小孔與缸體中的工作腔相連,壓力油進(jìn)入油室后在滑履與斜盤的接觸面間形成了一層油膜,起著靜壓支承的作用,使滑履作用在斜盤上的力大大減小,因而磨損也減小。傳動軸8通過左邊的花鍵帶動缸體6旋轉(zhuǎn),由于滑履4貼緊在斜盤表面上,柱塞在隨缸體旋轉(zhuǎn)的同時在缸體中作往復(fù)運(yùn)動。缸體中柱塞底部的密封工作容積是通過配油盤7與泵的進(jìn)出口相通的。隨著傳動軸的轉(zhuǎn)動,液壓泵就連續(xù)地吸油和排油。

  (2)變量機(jī)構(gòu)。由式(3-32)可知,若要改變軸向柱塞泵的輸出流量,只要改變斜盤的傾角,即可改變軸向柱塞泵的排量和輸出流量,下面介紹常用的軸向柱塞泵的手動變量和伺服變量機(jī)構(gòu)的工作原理。

 ①手動變量機(jī)構(gòu)。如圖3-24所示,轉(zhuǎn)動手輪1,使絲杠12轉(zhuǎn)動,帶動變量活塞11作軸向移動(因?qū)�向鍵的作用,變量活塞只能作軸向移動,不能轉(zhuǎn)動)。通過軸銷10使斜盤2繞變量機(jī)構(gòu)殼體上的圓弧導(dǎo)軌面的中心(即鋼球中心)旋轉(zhuǎn)。從而使斜盤傾角改變,達(dá)到變量的目的。當(dāng)流量達(dá)到要求時,可用鎖緊螺母13鎖緊。這種變量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單,但操縱不輕便,且不能在工作過程中變量。

圖3-24  直軸式向柱塞泵結(jié)構(gòu)

1—轉(zhuǎn)動手輪  2—斜盤  3—回程盤  4—滑履  5—柱塞  6—缸體  7—配油盤  8—傳動軸

圖3-25  伺服變量機(jī)構(gòu)

1—閥芯2—鉸鏈3—斜盤4—活塞5—?dú)んw

  ②伺服變量機(jī)構(gòu)。
  圖3-25所示為軸向柱塞泵的伺服變量機(jī)構(gòu),以此機(jī)構(gòu)代替圖3-24所示軸向柱塞泵中的手動變量機(jī)構(gòu)，就成為手動伺服變量泵。其工作原理為：泵輸出的壓力油由通道經(jīng)單向閥α進(jìn)入變量機(jī)構(gòu)殼體的下腔d,液壓力作用在變量活塞4的下端。當(dāng)與伺服閥閥芯1相連結(jié)的拉桿不動時(圖示狀態(tài)),變量活塞4的上腔g處于封閉狀態(tài),變量活塞不動,斜盤3在某一相應(yīng)的位置上。當(dāng)使拉桿向下移動時,推動閥芯1一起向下移動,d腔的壓力油經(jīng)通道e進(jìn)入上腔g。由于變量活塞上端的有效面積大于下端的有效面積,向下的液壓力大于向上的液壓,故變量活塞4也隨之向下移動,直到將通道e的油口封閉為止。變量活塞的移動量等于拉桿的位移量、當(dāng)變量活塞向下移動時,通過軸銷帶動斜盤3擺動,斜盤傾斜角增加,泵的輸出流入隨之增加;當(dāng)拉桿帶動伺服閥閥芯向上運(yùn)動時,閥芯將通道f打開,上腔g通過卸壓通道接通油箱而壓,變量活塞向上移動, 直到閥芯將卸壓通道關(guān)閉為止。它的移動量也等于拉桿的移動量。這時斜盤也被帶動作相應(yīng)的擺動,使傾斜角減小,泵的流量也隨之相應(yīng)地減小。
   由上述可知,伺服變量機(jī)構(gòu)是通過操作液壓伺服閥動作,利用泵輸出的壓力油推動變量活塞來實現(xiàn)變量的。故加在拉桿上的力很小,控制靈敏。拉桿可用手動方式或機(jī)械方式操作,斜盤可以傾斜±18°,故在工作過程中泵的吸壓油方向可以變換,因而這種泵就成為雙向變量液壓泵。
     除了以上介紹的兩種變量機(jī)構(gòu)以外,軸向柱塞泵還有很多種變量機(jī)構(gòu)。如:恒功率變量機(jī)構(gòu)、恒壓變量機(jī)構(gòu)、恒流量變量機(jī)構(gòu)等,這些變量機(jī)構(gòu)與軸向柱塞泵的泵體部分組合就成為各種不同變量方式的軸向柱塞泵,在此不一一介紹。