轴向柱塞泵设计文献综述.docx
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轴向柱塞泵设计文献综述
轴向柱塞泵设计文献综述
院（系）：
机电工程学院专业：
机械设计制造及其自动化班级：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号:
毕业设计（论文）题目轴向柱塞泵设计
综述名称轴向柱塞泵设计文献综述评阅教师姓名职称
合不合评价项目优良格格综述结构01文献综述结构完整、符合格式规范
能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验02结果
综述内容03文字通顺、精练、可读性和实用性强
反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、04新水平、新原理、新技术等
中、英文参考文献的类型和数量符合规定要求，05格式符合规范参考文献
06围绕所选毕业设计（论文）题目搜集文献
文献综述：
轴向柱塞泵/马达是液压系统中重要的动力元件和执行元件，广泛地应用在
工业液压和行走液压领域，是现代液压元件中使用最广的液压元件之一。
此外，
由于轴向柱塞泵/马达结构复杂，对制造工艺、材料的要求非常高，因此它又是
技术含量很高的液压元件之一。
近年来，随着材料、制造、电子等技术的发展，轴向柱塞泵/马达的新技术层出不穷，例如荷兰Innas公司开发的FloatCup结构轴向柱塞泵，丹麦的
Saur-Danfoss公司为工程机械量身定做的H1系列的多功能泵，德国Rexroth公司推出的电子智能泵等等。
而我国自20世纪六、七十年代开发了CY系列和引进Rexroth技术的泵/马达后，轴向柱塞泵/马达技术进展缓慢。
近年来，随着我国
经济的腾飞，在工业现代化和大规模城市化进程中，工程机械、塑料机械、冶金、
机床和农业机械等领域对轴向柱塞泵/马达的需求十分旺盛，因此提高我国轴向
柱塞泵/马达的性能显得十分迫切，对轴向柱塞泵/马达技术革新的要求也十分紧
迫！
纵览国内外轴向柱塞泵/马达技术的发展演变对认识轴向柱塞泵/马达的发展趋势和加快我国轴向柱塞泵/马达技术的发展都有着重要的指导意义和现实意
义。
轴向柱塞泵/马达在其发展历程中柱塞副、配流副和柱塞与斜盘的接触副（现
在基本上是滑靴结构）这三个摩擦副始终没有发生大的变化。
它们是吸油、压油、
配流完成泵/马达工作的最重要的环节，也是产生能量耗散、泄漏、流量脉动的
地方，泵/马达的性能和寿命与这些摩擦副息息相关，因此摩擦副的改造和优化
也就成了轴向柱塞泵/马达的最重要的关键技术之一。
减振降噪是关系到轴向柱塞泵/马达发展前途的关键技术。
随着社会的进
步，人们对工作环境的要求越来越高，噪声是工作环境优劣的一个重要衡量指
标。
世界各国对液压泵的噪声也有着明确的规定。
在液压设备中，泵/马达是液压设备的主要噪声源。
轴向柱塞泵/马达由于缸体输出的油液的不连续和吸油、
压油腔的分离结构使其产生了较大的流量脉动和液压噪声，此外还有复杂流道产
生的气穴噪声。
液压噪声和机械噪声的交织形成了轴向柱塞泵的整体噪声。
轴向柱塞泵/马达的变量控制方式多种多样，按照操纵方式不同，有手动、电
动、比例、伺服等，按照是否有反馈可以分为开环和闭环控制，闭环控制又有恒
压、恒流、恒功率和负载敏感的适应性控制等等，轴向柱塞泵的控制方式的优劣
已经成了衡量其品质的一个重要指标，但变量控制也存在着一些问题，这些问题
的改善和解决也是轴向柱塞泵/马达的一项重要技术。
国产轴向柱塞泵/马达主要有引进国外技术的产品和我国自主研发的CY系列柱塞泵/马达。
引进国外技术Rexroth、Yuken等系列，性能介于国外产品和CY泵
之间。
纵观国产轴向柱塞泵/马达发展现状，主要有以下特点。
（1）就性能指标来讲，国产Rexroth系列的排量、额定压力、转速都要比
CY系列的大一些。
其额定压力35MPa，峰值压力达40MPa；转速达到2000r/min
以上，而CY系列额定压力在31.5MPa，转速一般限定在1500r/min。
（2）就市场份额来看，CY由于价格优势仍稳定占有一定的低端市场份额，
但利润率低。
由于性能不稳定很难应用于工程机械、注塑机等领域。
国产Rexroth产品有少量应用于起重机等领域。
国外产品凭借性能优势占据了较大的高端市场
份额。
（3）就企业情况来看，在欧美，轴向柱塞泵/马达的生产厂家是比较多的，
但在国内比较有影响力的也只有六至八家，而且其中多数采用的国外的技术。
由于我国液压行业的基础薄弱，和国外的技术水平相比，国内还是比较落后
的，在轴向柱塞泵/马达领域主要表现在以下几个方面。
（1）和国内屈指可数的几个企业相比，国外企业数目很多、规模很大。
比如
Rexroth、Eaton、Linde、Parker、Denison、Danfoss、Hawe、Yuken等；另外小松、川崎和三菱等一些企业，生产的泵/马达直接为自己的工程机械整机配套。
（2）国外的厂家有丰富的产品线，产品系列多，产品型号全，比如Rexroth的AF系列、AV系列、KVA系列等，为工业液压和工程机械液压行业配置了丰富
的产品线。
（3）国外产品性能出色，技术更新快。
排量从几毫升到上千升，额定压力有
的可达40MPa以上，自吸转速大多都在2000r/min以上，个别小排量的甚至达
到8000r/min以上，而且寿命长、噪音低。
（4）就变量控制方式来讲，国外产品变量方式比较多，而且各种变量方式又
有很多可选功能。
虽然有差距，但我国对轴向柱塞泵/马达的需求却一直很旺盛，这对轴向柱
塞泵/马达的发展是一个很大的机遇，只要能够在结构和技术上不断的开拓创
新，我国轴向柱塞泵/马达技术和产品一定可以上一个新台阶。
纵览轴向柱塞泵/马达技术漫长的发展演变，可以得出以下三点结论：
（1）轴向柱塞泵/马达在发展中，基本结构保持了稳定，高速高压以及良好
的控制方法是其发展的方向。
（2）随着电子、计算机、材料、制造等相关技术的发展，多学科交叉应用于
泵/马达的研究，使仿真和试验更为接近现实，泵/马达设计和优化的效率大大提
高。
（3）我国的轴向柱塞泵/马达技术还比较落后，但旺盛的需求对轴向柱塞泵/
马达技术的发展有很大的推动作用。
因此只要能紧跟国际技术潮流，发挥后发优
势，一定能赶上国际先进水平，甚至后来居上。
经过四年对机械知识的学习以及生产实习，我对机械行业有了更深刻的认
识和理解，看到了机械工业在国民经济中的重要地位。
机械制造是我国工业领
域的重要组成部分，而模具在机械制造业中发挥着越来越重要的作用。
模具设
计将机械知识同生产加工工艺有机的结合起来，其发展水平的高低直接影响到
生产技术的发展水平。
在这四年的学习过程中，除了学习专业知识外，我阅读
过很多有关模具设计方面的书籍，对模具设计具有一定的基础。
出于对机械设
计及模具设计的浓厚兴趣，我选择了本课题，它不但有利于将所学的专业知识
加以运用，同时也对模具设计的基本思路加深了理解，巩固了模具设计知识。
通过设计将有助于增强我对机械零件加工工艺分析的能力。
选择冲压模具设计
具有一定的代表性，冲压是目前模具行业中广泛应用的一种加工工艺，我相信
通过此次设计将提高我对模具及机械设计的能力，更有利于我将四年来所学的
专业知识同生产实际相结合，为以后的工作打下坚实的基础。
在设计中我将全
力以赴做好本次毕业设计。
（1）根据给定的设计题目及参数查阅资料，文献等进行总体方案的设计。
（2）通过对通用零件与部件的设计原理、方法和机械设计的一般规律掌握和了
解对部件进行选型，然后进行结构设计。
（3）对设计中的各部分进行参数计算及强度校核。
（4）根据计算的各部件的尺寸画出装配图、部件图及零件图。
柱塞设计
（1）柱塞结构型式的选择
轴向柱塞泵均采用圆柱形柱塞。
根据柱塞头部结构，可有以下三种形式：
1）点接触式柱塞
如图2-1（a）所示，这种柱塞头部为一球面，与斜盘为点接触，其零件简
单，加工方便。
但由于接触应力大，柱塞头部容易磨损?
剥落和边缘掉块，不能
承受过高的工作压力，寿命较低。
这种点接触式柱塞在早期泵中可见，现在很少
有应用。
2）线接触式柱塞
如图2-1（b）所示，柱塞头部安装有摆动头，摆动头下部可绕柱塞球窝中
心摆动。
摆动头上部是球面或平面与斜盘或面接触，以降低接触应力，提高泵工
作压。
摆动头与斜盘的接触面之间靠壳体腔的油液润滑，相当于普通滑动轴承，
其值必须限制在规定的范围内。
pv,,
3）带滑靴的柱塞
如图2-1（c）所示，柱塞头部同样装有一个摆动头，称滑靴，可以绕柱塞
球头中心摆动。
滑靴与斜盘间为面接触，接触应力小，能承受较高的工作压力。
高压油液还可以通过柱塞中心孔及滑靴中心孔，沿滑靴平面泄漏，保持与斜盘之
间有一层油膜润滑，从而减少了摩擦和磨损，使寿命大大提高。
目前大多采用这
种轴向柱塞泵。
图2-1柱塞结构型式
目前高压柱塞泵已普遍采用带滑靴的柱塞结构。
滑靴不仅增大了与斜盘的接
触面?
减少了接触应力，而且柱塞底部的高压油液，经柱塞中心孔和滑靴中d0
d心孔，再经滑靴封油带泄露到泵壳体腔中。
由于油液在封油带环缝中的流动，0
使滑靴与斜盘之间形成一层薄油膜，大大减少了相对运动件间的摩擦损失，提高
了机械效率。
这种结构能适应高压力和高转速的需要。
滑靴设计常用剩余压紧力法。
剩余压紧力法的主要特点是：
滑靴工作时，始终保
持压紧力稍大于分离力，使滑靴紧贴斜盘表面。
此时无论柱塞中心孔还是滑d0
pdp靴中心孔，均不起节流作用。
静压油池压力与柱塞底部压力相等，b01
（1）滑靴的结构型式的选择
滑靴结构有如图2-3所示的3种型式。
图2-3滑靴结构型式
图2-3（a）所示为简单型，静压油池较大，只有封油带而无辅助支承面。
结构简单，是目前常用的一种型式。
图2-3（b）所式滑靴增加了内?
外辅助支承面。
减小了由剩余压紧力产生
的比压，同时可以克服滑靴倾倒产生的偏磨使封油带被破坏的情况。
图2-3（c）所示的滑靴在支承面上开设了阻尼形螺旋槽与缝隙阻尼共同形
成液阻。
从而实现滑靴油膜的静压支承。
配油盘设计
配油盘是轴向柱塞泵主要零件之一，用以隔离和分配吸?
排油油液以及承受
由高速旋转的缸体传来的轴向载荷。
它设计的好坏直接影响泵的效率和寿命。
配油盘设计主要是确定内封油带尺寸?
吸排油窗口尺寸以及辅助支承面各
部分尺寸。
（1）过渡区设计
a为使配油盘吸排油窗之间有可靠的隔离和密封，大多数配油盘采用过渡角1
a大于柱塞腔通油孔包角的结构，称正重迭型配油盘。
具有这种结构的配油盘，0
当柱塞从低压腔接通高压腔时，柱塞腔内封闭的油液会受到瞬间压缩产生冲击压
力；当柱塞从高压腔接通底压腔时，封闭的油液会瞬间膨胀产生冲击压力。
这种
高低压交替的冲击压力严重降低流量脉动品质，产生噪音和功率消耗以及周期性
的冲击载荷。
对泵的寿命影响很大。
为防止压力冲击，我们希望柱塞腔在接通高
低压时，腔内压力能平缓过渡从而避免压力冲击。
柱塞回程机构设计
直轴式轴向柱塞泵一般都有柱塞回程结构，其作用是在吸油过程中帮助把柱
塞从柱塞腔中提伸出来，完成吸油工作，并保证滑靴与斜盘有良好的贴合。
固定间隙式回程结构使用于带滑靴的柱塞。
它的特点是在滑靴颈部装一回程
盘2，如图2-8，并用螺纹环联结在斜盘上。
当滑靴下表面与回程盘贴紧时，应
保证滑靴上表面与斜盘垫板3之间有一固定间隙，并可调。
dD回程盘是一平面圆盘，如图2-8所示。
盘上为滑靴安装孔径，为滑靴安装hh孔分布圆直径。
这两个尺寸是回程盘的关键尺寸，设计不好会使滑靴颈部及肩部
严重磨损。
图2-8回程盘结构尺寸变量机构设计
轴向柱塞泵通过变量机构改变直轴泵斜盘倾斜角或斜轴泵摆缸摆动角，以改
变输出流量的方向和大小。
变量机构的型式很多，按照控制方式，可分为手动式、
机动式、电动式、液动式、电液比例控制式等。
按照变量执行机构可分为机械式、
液压伺服机构式、液压缸式，如图2-9。
按照性能参数还可分为恒功率式、恒压式、恒流量式等。
图2-9变量执行机构
以上各种型式的变量机构常常组合使用。
例如，图2-9（a）所示，手动变量机构采用杠杆或采用手轮转动丝杠，带动斜盘改变倾斜角，如果用可逆电机旋转
丝杠可实现电动变量。
图2-9（b）所示，在伺服阀C端用手轮或杠杆输入一位移量，称手动伺服变量式；若以电机或液压装置输入位移量时，则称电动或液动伺
服变量式；如果输入的控制信号量使得泵输出的功率为常值，则构成了压力补偿
变量式。
再如图2-9（c）中，用带有电磁阀的外液压源控制，可成为远程液控变
量式；如果用伺服阀控制变量缸，并使泵出口压力为恒值，可成为恒压变量型式。
由此可知，变量的型式是多种多样的，下面介绍其中最常用的几种变量机构。
并予以比较选择。
（1）手动变量机构
手动变量机构是一种最简单的变量机构，适用于不经常变量的液压系统。
变
量时用手轮转动丝杠旋转，丝杠上的螺母直线运动带动斜盘改变倾斜角实现变
量。
手动变量机构原理图及变量特性如图2-10所示。
图2-10手动变量机构原理及特征
图中表明手动变量机构可实现双向变量。
流量Q的方向和大小与变量机构行程y成正比。
（2）手动伺服变量机构
该机构用机械方式通过伺服阀带动变量缸改变斜盘倾角实现变量。
手动伺服
变量机构的原理图和变量特性如图2-11所示。
图2-11手动伺服变量机构
图中伺服变量机构由双边控制阀和差动变量缸组成。
控制阀的阀套与变量活
塞杆相连，变量缸的缸体与泵体相连。
当控制阀处于中位时，斜盘稳定在一定的
位置上。
变量时，若控制阀C端向左移动，油路1和2连通，变量缸A?
B两腔
都是泵出口压力。
由于B腔面积大于A腔，变量活塞在液压力作用下向右移动，
推动斜盘倾斜角减小，流量随之减少。
与此同时，由于阀套与活塞杆相连，阀套
也向右移动逐步关闭油路l和2，于是斜盘稳定在新的位置上。
反之，控制阀向右移动时，油路2和3连通，变量缸B腔与回油路接通，变量活塞在A腔液压力作用下向左移动，使斜盘倾角增大，流量也增大。
同理，由
于控制阀阀套的反馈移动，使斜盘稳定在新的位置。
这种利用机械位置反馈的伺服变量机构减少了变量控制力，大大提高了变量
的性能和精度。
变量信号输入可以是手动，也可以是电动。
如用外液压源可实现
远程无级变量。
因此，这种变量型式广泛用于频繁变速的行定车辆、工程机械、
机床等许多液压系统中。
（3）恒功率变量机构
恒功率变量机构是根据泵出口压力调节输出流量，使泵输出流量与压力的乘
积近似保持不变，即原动机输出功率大致保持恒定。
变量机构原理如图10-3（a）
所示。
图中恒功率变量机构仍由双边控制阀和差动变量缸组成。
与手动伺服变量
机构不同的是控制阀C端由弹簧预压调定，D端用控制油路接通泵出口管路。
利用液压力与弹簧力平衡的关系控制变量活塞，改变斜盘倾角。
工作原理与手动伺
服变量机构类似。
为使泵功率为一恒值，理论上，泵出口压力与输出流量应保持双曲线关系，
如图5-4所示。
但是，实际泵的变量机构都是采用弹簧来控制的。
因此，只能用
一段折线（一根弹簧）或二段折钱（二根弹簧）来近似替代双曲线。
图2-11（a）所示的变量特性就是采用内外双弹簧和机械限位装置控制的恒功率变量特性。
（4）恒流量变量机构
恒流量变量机构是根据装于泵出口主油路中的节流阀两侧的压力差调节输
出流量，保持流量为一恒值。
变量机构原理及变量特性如图2-12所示。
图2-12恒流量变量机构原理及特征
图中恒流量变量机构由带有节流阀的双边控制阀（恒流量阀）和差动变量缸组成。
控制阀C端预压弹簧调定后，节流阀两侧压力差在控制阀阀芯上产生的液
压力与弹簧力相平衡，阀芯处于中垃，斜盘倾角固定在某一角度，泵输出流量为
调定值。
当泵转速增加时，输出流量也相应增加。
由于节流器面积不变，则节流器两
p端压力差增大，推动控制阀阀芯左移，带动变量活塞左移，斜盘倾角减小，
流量城少，直至恢复到调定值。
此时，阀芯上液压力与弹簧力重新平衡阀芯处于
中位，斜盘倾角稳定，泵输出流量为恒定值。
反之，当泵转速减小后，输出流量
减少。
类似的分析可知，斜盘倾角会增加，流量也随之增加，仍保持为一恒定值。
恒流量变星泵用于对液压执行机构要求速度恒定的设备中。
例如，机床、运
输机械等液压系统。
但是恒流量变量泵恒定流星的精度不高，误差较大，这也限
制了它的应用。
（1）在柱塞头部加滑靴，改点接触为面接触，并为液体摩擦。
（2）将分散布置在柱塞底部的弹簧改为集中弹簧，并通过压盘使柱塞紧贴斜
盘。
（3）将传动轴改为半轴，悬臂端通过缸体外大轴承支承。
由于采用上述这些结构措施，使得泵的结构比较复杂，使用和维护要求都较
高。
而且缸体外大轴承不宜用于高速，使它的流量提高比较困难，
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