各种柱塞泵的图文介绍和工作动图大合集

本文章特别使用图像处理软件进行了视觉人体工程学设计，所有插图中的数字和文字和符号等各种标注都大而清晰。

在机械工程中传动包括机械传动、电传动、液压传动、液力传动和气压传动。

机械传动就是传统的平面连杆传动、凸轮传动、带传动、链传动、齿轮传动等传动，电传动是使用电机来进行传动，液压传动是根据物理学的帕斯卡原理使用由液压泵和液压阀和液压执行元件和液压辅件（管道等）和液压油组成的液压系统来进行传动，液力传动是使用液力耦合器和液力变矩器来进行传动，气压传动使用气体的压力来实现传动。

液压传动将机械能转换为液体的压力能再转换为机械能，液力传动将机械能转换为液体的动能再转换为机械能。

液压传动中的液压泵分为叶片泵、齿轮泵和柱塞泵三种类型，叶片泵适合低压力高流量的场合，齿轮泵适合高压力低流量的场合，柱塞泵一般被用在中高压、高压、超高压场合。

下面连续3张图为包含一台变量轴向柱塞泵和一台定量轴向柱塞泵和一台齿轮泵的液压传动系统。

柱塞泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。

柱塞在缸体中要往复运动，因此，它的运动量很大，在工作过程中需要承受巨大的摩擦力，因此，柱塞要求高的硬度、耐磨性和使用寿命以及高的精度等。通过研究，采用淬火热处理可以满足柱塞的技术要求。

淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。

柱塞泵根据结构可以分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。柱塞运动方向与液体流动的圆柱体通道的轴线重合的柱塞泵被称为轴向柱塞泵，柱塞运动方向与液体流动的圆柱体通道的轴线垂直的柱塞泵被称为径向柱塞泵。

柱塞泵还可以被分类为定量柱塞泵和变量柱塞泵。在转速恒定的条件下，输出流量固定不可变（没有输出流量调节机构）的柱塞泵被称为定量柱塞泵，在转速恒定的条件下，输出流量可变（有输出流量调节机构）的柱塞泵被称为变量柱塞泵。

下图展示了各种各样的柱塞泵。

轴向柱塞泵

轴向柱塞泵的柱塞是轴向安装的，轴向柱塞泵广泛应用于高压系统中，轴向柱塞泵可分为斜盘式轴向柱塞泵和斜轴式轴向柱塞泵和其它类型轴向柱塞泵。

（1）斜盘式轴向柱塞泵

下图展示了一台斜盘式轴向柱塞泵的结构图，该泵的输入轴与旋转缸体连接，液体吸入通道与液体压出通道布置于输入轴两侧，图中展示了其中一个通道，手动变量机械与斜盘连接，可以通过手动变量机械中的黑色旋钮改变斜盘中心轴线与输入轴轴线夹角（斜盘倾角），从而可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的变量。

下图为典型的半轴结构的斜盘式轴向柱塞泵的关键部件结构简图。该柱塞泵的配油盘不动，传动轴带动缸体和柱塞一起转动。转动轴转动时，柱塞在沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，油液经配油盘上的配油窗口a吸入。柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口b向外排出。

下图为半轴结构的斜盘式轴向柱塞泵的关键部件工作动图。

下图为半轴结构的斜盘式轴向柱塞泵与电机连在一起的工作动图。

下图为通轴结构的斜盘式轴向柱塞泵的工作动图。

柱塞泵的排量V指在无走漏情况下，柱塞泵转一圈所能排出的油液体积。

柱塞泵的理论输出流量 q_{t}指在无走漏情况下，柱塞泵单位时间内输出的油液体积。

柱塞泵的实际输出流量q指柱塞泵单位时间内实际输出的油液体积。

柱塞泵的实际输出流量和理论输出流量之比称为柱塞泵容积效率，用 \eta_{v} 表示。

如果斜盘式轴向柱塞泵柱塞数目为Z，柱塞直径为d，缸体上柱塞孔分布圆直径为D，斜盘倾角为γ，则泵的排量为：V = （π/4） d^{2} zDtanγ

泵的输出流量为：q = （π/4） d^{2} zDn \eta_{v} tanγ

式中：n为电动机转速（r/min）， \eta_{v} 为柱塞泵容积效率（一般 \eta_{v} = 0.8 \sim 0.95）

实际上，柱塞泵的排量是转角的函数，其输出流量是脉动的。就柱塞数而言，柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小，且柱塞数越多，脉动越小，故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数，常取Z = 7或Z = 9。

除了输入轴与旋转缸体连接的斜盘式轴向柱塞泵，还有输入轴与斜盘连接的斜盘式轴向柱塞泵，下图为一种输入轴与斜盘连接的斜盘式轴向柱塞泵的工作动图。

斜盘式轴向柱塞泵有半轴结构与通轴结构之分。半轴结构泵要采用大型滚柱轴承来承受斜盘施加给缸体的径向力，转速受到限制。下图所示为一种半轴结构斜盘式轴向柱塞泵。

通轴结构泵的主轴采用了两端支承，斜盘通过柱塞作用在缸体上的径向力可以由主轴承受，因而取消了缸体外缘的大轴承，使转速得以提高。盘配流通轴结构泵无单独的配流盘，而是通过缸体和后泵盖端面直接配油。下图所示为一种盘配流通轴结构斜盘式定量轴向柱塞泵。

柱塞泵按照配流方式可以分为盘配流、阀配流、泵配流和轴配流。上图已经介绍了盘配流通轴结构斜盘式定量轴向柱塞泵，下图所示为阀配流通轴结构斜盘式定量轴向柱塞泵。

下图所示为泵配流通轴结构斜盘式变量轴向柱塞泵，下图中的柱塞泵传动轴通过十字滑块联轴器连接用于配流的辅助泵。

端面间隙的自动补偿 : 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，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。

滑靴的静压支撑结构：见下图左图，为防止磨损，一般轴向柱塞泵都在柱塞2头部装一滑靴3。滑靴3是按静压轴承原理设计的，缸体1中的压力油经过柱塞球头中间小孔5流入滑靴油室，使滑靴和斜盘4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。

变量机构：见上图右图，变量机构由缸筒1、活塞2和伺服阀3组成。斜盘4通过拨叉机构与活塞2下端铰接，利用活塞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，上面的进油阀口打开，活塞也向下移动，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3向上移动时，变量活塞向上移动。

下面连续4张图为斜盘式变量轴向柱塞泵的变量原理。

下面连续4张图为斜盘式变量轴向柱塞泵的一些变量机构的合集。单作用缸为只能由活塞的一侧输入压力油的液压缸，双作用缸为可以由活塞的两侧输入压力油的液压缸。

下图所示为一台通轴结构的斜盘式变量轴向柱塞泵的剖面图。该剖面图展示了该变量泵的由连杆机构和偏置弹簧和液压缸组成的变量机构。

变量柱塞泵的变量控制除了上面介绍的通过变量机构进行手动变量控制，还有恒压变量控制、压力补偿控制、远程压力补偿控制、负载灵敏度控制、电子控制、液控方式、电液控制。

恒压变量控制变量机构为溢流调压阀，当压力超过设定压力时，压力油通过变量泵泄油口回到油箱，实现压力恒定。压力补偿控制指的是如果柱塞泵的排量压力接近预设压力，泵排出量自动降低到压力下限，可以手动调节设定压力。远程压力补偿控制的设定压力可通过外部设置的遥控阀远程控制，包括压力补偿安全阀，可手动调节设定压力。电子控制是在流量控制模式下，根据流量控制信号控制泵排量。电液控制方式，是通过电子控制系统控制先导阀的油液输入量，从而改变变量泵的斜盘角度，从而改变泵排量。

下图展示了轴向柱塞泵的两种柱塞分布方式，轴向柱塞泵除了平行分布柱塞还可以选择锥状分布柱塞。

（2）斜轴式轴向柱塞泵

斜轴式轴向柱塞泵的简图如下图所示。传动轴5的轴线相对于缸体3有倾角g，柱塞2与传动轴圆盘之间用相互铰接的连杆4相连。轴5旋转时，连杆4就带动柱塞2连同缸体3一起绕缸体轴线旋转，柱塞2同时也在缸体的柱塞孔内做往复运动，使密封腔容积不断发生增大和缩小的变化，通过配流盘1上的吸油窗口6和压油窗口7实现吸油和压油。斜轴式变量轴向柱塞泵具有变量机构，变量机构通过改变倾角g来改变排量。

与斜盘式轴向柱塞泵相比较，斜轴式轴向柱塞泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故结构强度较高可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角较大，变量范围较大，但外形尺寸较大，结构也较复杂。目前，斜轴式轴向柱塞泵的使用相当广泛。

下图所示为一种斜轴式定量轴向柱塞泵的内部关键部件。

下图所示为一种斜轴式定量轴向柱塞泵的结构图。

下面连续2张图为斜轴式变量轴向柱塞泵的结构图。斜轴式变量轴向柱塞泵具有变量机构，配油盘在曲面上的转动可以改变缸体轴线与传动轴轴线之间的夹角，从而改变排量。斜轴式变量轴向柱塞泵还可以使用前一张图那样的轴承组合与中心杆结构，也可以在轴承组件中使用圆锥滚子轴承。

下图展示了一台2缸联动斜轴式轴向柱塞泵，该柱塞泵通过锥齿轮传动机构实现了2缸联动。

下图所示为一种具有锥柱塞的斜轴式定量轴向柱塞泵，斜轴式变量轴向柱塞泵也可以使用锥柱塞。

（3）其它类型轴向柱塞泵

其它类型的轴向柱塞泵的柱塞运动方向与液体流动的圆柱体通道的轴线重合，使用凸轮机构传动或者曲轴连杆机构传动来驱动柱塞。其它类型的轴向柱塞泵可以是单缸柱塞泵或者多缸柱塞泵，多缸柱塞泵需要凸轮轴或者能并列连接多个连杆的长曲轴来驱动柱塞。

下面连续三张图展示了柴油机发动机喷油泵的关键结构和关键工作过程。柴油机发动机喷油泵是一种凸轮传动机构驱动的轴向柱塞泵。

下图为立式高压往复泵的结构图。下图所示立式高压往复泵是一种曲轴连杆机构驱动的轴向柱塞泵。

径向柱塞泵

径向柱塞泵的柱塞运动方向垂直液体流动的圆柱通道的轴线，径向柱塞泵分为阀配流径向柱塞泵与轴配流径向柱塞泵两种类型。

（1）阀配流径向柱塞泵

下图为凸轮机构驱动的单缸阀配流径向柱塞泵的工作简图。

凸轮机构驱动的多缸阀配流径向柱塞泵需要一个凸轮轴来驱动多个柱塞。

下图为曲轴连杆机构驱动的单缸阀配流径向柱塞泵的工作动图。

下图为一种属于单缸阀配流径向柱塞泵的单缸柱塞式计量泵的结构图。该柱塞泵有一台电机输出动力给蜗杆，蜗杆带动蜗轮转动改变传动比和速度方向，蜗轮带动曲轴连杆机构最终带动柱塞。该柱塞泵没有上图中柱塞泵的隔膜，液体进入阀和液体压出阀分别设置了弹簧球阀。

属于单缸阀配流径向柱塞泵的柱塞式计量泵的机械传动机构有曲轴连杆、凸轮弹簧、四连杆、斜盘推杆，下图展示了其中的四连杆和斜盘推杆。

下面连续三张图展示了连接3个连杆带动3个柱塞的长曲轴连杆机构驱动的3缸阀配流径向柱塞泵。

下图所示为一台曲轴连杆机构传动的5缸阀配流径向柱塞泵的一张特定视角结构图。该柱塞泵动力输入传动轴通过斜齿圆柱齿轮外啮合单级减速机构与曲轴连接。

下图展示了拥有5个柱塞的5缸阀配流径向柱塞泵，该径向柱塞泵由曲轴带动一个正五边形结构体转动，正五边形结构体可绕自身轴线转动并与曲轴转动轴线偏心。

下图所示为德国哈威阀配流径向柱塞泵的结构图。该径向柱塞泵为双排泵，一个主轴包括压油行程前偏心轴颈和压油行程后偏心轴颈两个偏心凸轮，每个偏心凸轮驱动三个柱塞。

（2）轴配流径向柱塞泵

上图所示为一种轴配流径向柱塞泵，下图所示为这种轴配流径向柱塞泵的关键部分结构简图。

转子的中心与定子的中心之间有一个偏心量e。在固定不动的配流轴上，相对于柱塞孔的部位有相互隔开的上下两个配流窗口，该配流窗口又分别通过所在部位的二个轴向孔与泵的吸、排油口连通。

柱塞与衬套之间安置了对柱塞施加指向定子的弹力压紧定子的弹簧，弹簧在下图中没有画出。

当转子按上图所示箭头方向旋转时，上半周的柱塞皆往外滑动，通过轴向孔吸油，下半周的柱塞皆往里滑动，通过配流盘向外排油。

当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量就发生改变，因此，径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵。为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。

上图所示轴配流径向柱塞泵的平均排量为：V = （π/4） d^{2} 2ez = （π/2） d^{2}ez

式中：d为柱塞直径，e为偏心率，z为柱塞数目。

上图所示轴配流径向柱塞泵的输出流量为：q = （π/2） d^{2} ez n \eta_{v}

式中：n为电动机转速（r/min）， \eta_{v}为柱塞泵容积效率（一般 \eta_{v} =0.8到0.95）。

下图所示为另一种轴配流径向柱塞泵。该轴配流径向柱塞泵拥有调整定子位置调节排量的变量机构。图中没有画出缸体里对柱塞施加作用力的弹簧。

下面连续3张图所示为5缸曲轴连杆式轴配流径向柱塞泵，又称5缸单作用曲轴连杆型径向柱塞式液压马达。主轴承选用了圆锥滚子轴承，球型铰连接缸体中的柱塞和连杆，连杆与曲轴接触的结构的端面为与曲轴偏心圆柱结构贴合的曲面，该结构被两个金属圆环约束只能沿曲轴偏心圆柱结构移动，移动形式只能为绕曲轴偏心圆柱结构轴线转动，曲轴偏心圆柱结构轴线与输出轴轴线之间有一个偏心量。柱塞和连杆都拥有油道，液压油充满其中成为连杆端部与曲轴配合处的润滑油。

下图为垂直输出轴轴线的平面上的一台5缸曲轴连杆式轴配流径向柱塞泵的结构简图。该结构简图选择了与缸体轴线重合的截面位置，展示了缸体中给柱塞施加作用力的弹簧。

下图为3列12缸曲轴连杆式轴配流径向柱塞泵的工作动图。图中所示轴配流径向柱塞泵有一个长曲轴带动总共12个连杆连接每组4个柱塞共3列12个柱塞在12缸中运动，动图中清晰可见约束连杆与曲轴配合的端部的金属圆环，总共需要6个金属圆环来完成所有的约束。

下图所示为内曲线轴配流径向柱塞泵，又称多作用内曲线径向柱塞式液压马达。该轴配流径向柱塞泵定子的内表面由6段形状相同作均匀分布的曲面组成，每一曲面凹部的顶点处分为对称的两半，缸体有8个径向柱塞孔沿圆周均布，柱塞孔中装有柱塞，柱塞头部安装的滚轮可沿定子内表面滚动，柱塞与缸体之间通过图中未画出的弹簧连接。