3.4.2 斜盘式轴向柱塞泵典型结构
图3-16所示为CY型斜盘式轴向柱塞泵简化结构，该泵将分散布置在柱塞底部的弹簧改为中心弹簧11。弹簧11的作用有两个：一是通过内套筒12、钢球14和回程盘15，将滑靴3压紧在斜盘上；二是通过外套筒13使缸体5压紧在配油盘10上。传动轴为半轴（故称为半轴型轴向柱塞泵），斜盘对滑靴柱塞组件的反作用力的径向分力由缸外大轴承2承受。由于传动轴只传递转矩而不承受弯矩，因此，传动轴可以做得较细，即直径小些。但由于缸外大轴承的存在，使转速的提高受到限制。
1.柱塞滑靴和斜盘结构
图3-17所示为滑靴的静压支撑机构工作情况，在柱塞头部加上滑靴后，将点接触改为面接触，两者之间为液体润滑。当柱塞底部受高压作用时，液体压力通过柱塞将滑靴压紧在斜盘上。若压力太大，就会使滑靴的磨损严重，甚至烧坏而不能正常工作。为了减小滑靴与斜盘之间的接触应力，减少磨损，延长使用寿命，提高效率，斜盘式轴向柱塞泵根据静压平衡理论，采用油膜静压支撑结构。在滑靴和斜盘之间，缸体端面和配油盘之间都采用了这种结构。下面就具体分析滑靴和斜盘之间的静压支撑结构。
该泵工作时的油压p作用在柱塞上，对滑靴产生一个法向压紧力N，使滑靴压向斜盘表面，而油腔A中的油压p′及滑靴与斜盘之间的液体压力给滑靴一个反推力F，当F=N时，滑靴与斜盘之间为液体润滑。液体润滑的形成过程：泵开始工作时，滑靴紧贴斜盘，油腔A中的油不流动而处于静止状态，此时p′=p。设计时应使此状态下的反推力F稍大于法向压紧力N，滑靴被逐渐推开，产生间隙h，油腔A中的油通过间隙漏出并形成油膜。这时压力为p的油液经阻尼小孔f和g流到油腔A，由于阻尼作用，p′＜p，致使反推力F增大，直到与法向压紧力N相等为止。这时，滑靴和斜盘之间处于新的平衡状态，并保持一定的油膜厚度，从而形成液体润滑。
1—中间泵体 2—缸外大轴承 3—滑靴 4—柱塞 5—缸体 6—定位销 7—前泵体 8—轴承 9—传动轴 10—配油盘 11—中心弹簧 12—内套筒 13—外套筒 14—钢球 15—回程盘 16—调节手轮 17—调节螺杆 18—变量活塞 19—导向键 20—斜盘 21—销轴 22—后泵盖
图3-16 CY型斜盘式轴向柱塞泵简化结构
图3-17 滑靴的静压支撑机构工作情况
设计滑靴时通常选取压紧系数m=N/F=1.05～1.10，这样可使滑靴和斜盘之间有一个最佳的油膜厚度，既可以保证其不因为压得太紧而加速磨损、滑靴不脱离斜盘，又能保证较高的容积效率。
2.缸体结构
图3-18所示为缸体结构，轴向有7个均布的柱塞孔，孔底的进、出油口为腰形孔，其宽度与配油盘上的腰形吸、排油窗口的宽度相对应。腰形孔的通流面积比柱塞孔小。因此，当柱塞压油时，液体压力对缸体产生一个轴向推力，它与定心弹簧的预压紧力构成缸体对配油盘的压紧力F。
图3-18 缸体结构
3.配油盘结构
（1）定量泵一般可作为液压马达使用，因此，定量泵配油盘的结构是对称的，如图3-19所示，因为a＞b，所以会产生困油现象。为此，在两个配油窗口m、n的端部均设置三角槽以消除困油现象。
（2）CY型斜盘式轴向柱塞泵（变量泵）的配油盘结构如图3-20所示。其排油窗口及其内外密封带上的液体压力是企图推开缸体的反推力F2，F2的大小与R1、R2、R3、R4的大小有关。合理设计配油盘的尺寸，可以使压紧力稍大于反推力，从而使缸体压紧在配油盘上，既保证其密封性，又不使它过分磨损。通常，选取压紧系数m=F1/F2=1.02～1.08。磨损。通常，选取压紧系数m=F1/F2=1.02～1.08。
配油盘R1以外的环形端面上开有环形油槽，并有12个径向槽与其沟通，保证R1以外的环形端面上没有液体压力作用。此面作为缸体的辅助支撑面，在吸、排油窗口之间的过渡区上设有阻尼小孔和不通孔，两个阻尼小孔分别与吸、排油窗口相通，以消除困油现象和液压冲击，不通孔则起储油润滑、缓冲和存污物的作用。在图3-20中，α0为柱塞孔底部腰形孔的中心角，（α1+α3-α2）为配油盘封油区的封油角。若（α1+α3-α2）＞α0，则呈封闭状态，此时，柱塞由吸油窗口在向排油窗口过渡的过程中，会出现困油现象；若（α1+α3-α2）=α0，则呈零封闭状态，零封闭虽无困油现象，但柱塞孔与吸、排油窗口接通的瞬间就会产生液压冲击和噪声。CY型斜盘式轴向柱塞泵的配油盘采用负封闭结构，此时，-1°＜（α1+α3-α2）-α0＜0°，并在配油盘的封油区开有阻尼小孔。这样，既能消除困油现象，又能在柱塞从左止点位置转入压油区的过程中，柱塞孔底部的腰形孔在角度为2α的区域内先经过阻尼小孔与排油窗口相通，起到缓慢升压的作用。当柱塞转入吸油区时，阻尼小孔则起到缓慢降压的作用，从而减小液压冲击和噪声。
图3-19 定量泵配油盘结构
图3-20 CY型斜盘式轴向柱塞泵（变量泵）的配油盘结构
4.柱塞和缸体
斜盘对柱塞的反作用力F′（见图3-17）可以分解为轴向力FR=F′·cosα和径向力FT=F′·sinα。轴向力FR与柱塞底部的液体压力平衡；径向力FT通过柱塞传递给缸体，它使缸体倾斜，造成缸体和配油盘之间出现楔形间隙，使液体泄漏量增大，而且使密封表面产生局部接触，导致缸体与配油盘之间的表面烧伤，同时也导致柱塞与缸体之间的磨损。为了减小径向力，斜盘的倾斜角一般不大于20°。为使以上3对摩擦副能正常工作，还要合理选择零件的材料。一般情况下，摩擦副的材料要软硬配对。例如，对柱塞，选用18CrMnTiA、20Cr、40Cr；对配油盘，选用Cr12MoV、GCr15等；对斜盘，选用GCr15，但均要进行热处理。对缸体、滑靴，一般选用ZQSn10-1、ZQAlFe9-4或球墨铸铁等。
5.变量机构
变量机构有手动变量机构、手动伺服变量机构、电液比例控制变量机构、恒流量变量机构、恒压变量机构、恒功率变量机构、总功率变量机构等，这里仅介绍其中的手动变量机构、伺服变量机构和恒功率变量机构。
1）手动变量机构
图3-16中就存在手动变量机构。转动调节手轮16，使调节螺杆17转动（因轴向已经限位而不可能作轴向移动），带动变量活塞18作轴向移动（因导向键19的作用而使轴不可能转动）。销轴21是装在变量活塞上的，随变量活塞作轴向移动，从而带动斜盘20绕其中心摆动（斜盘通过两侧的耳轴支撑在后泵盖22上）。因此，改变其倾斜角α，泵的排量也随之改变。
2）手动伺服变量机构
图3-21所示为伺服变量机构，该机构是由一个变量活塞和一个伺服滑阀组成的伺服系统。变量活塞4的小端A腔（直径为D2）连通泵的出油口，滑阀2连接3个油口：油口a连通进油口的高压油；油口b连通变量活塞大端的B腔；油口c连通低压油（回油）。当拉杆1静止时，滑阀2也不动，油口a、b、c被滑阀2封闭，变量活塞4的两端A、B腔也处于封闭状态，因此变量活塞也静止。此时的斜盘倾斜角α保持某一值不变，泵的排量也不变。当用手推动拉杆1带动滑阀2向上移动Δx时，油口b、c连通，变量活塞B腔中的油液经油口b、c流入泵体内，实现回油。变量活塞在A腔高压作用下向上移动Δy，斜盘倾斜角α随之摆动而减小Δα。当Δy=Δx时，滑阀2又将油口a、b、c封闭，变量活塞不动。泵的排量保持减小后的量不变。当推动拉杆向下移动Δx时，油口b、c被封闭，变量活塞两端的A、B腔通过油口a连通，都承受着高压油，但由于B腔的有效面积大，因此变量活塞向下移动Δy，斜盘倾斜角α随之增加Δα，泵的排量也随之增加。当Δy=Δx时，滑阀2将油口a、b、c通道封闭，变量活塞不动，泵的排量保持增加后的量而不变。拉杆带动滑阀2不断地上下移动，油口a、b、c上的通断状态随之改变，使得变量活塞不断地随着滑阀2上下移动，从而不断改变泵的排量。这就是手动伺服变量机构的工作原理。
1—拉杆 2—滑阀 3—阀套 4—变量活塞
图3-21 手动伺服变量机构
3）恒功率变量机构
这种变量方式的特点是，流量随着压力的变化，恒功率变量机构动作并发生相应的变化，使泵的压力和流量特性曲线近似地按双曲线规律变化。即压力增高时，流量相应地减少；压力降低时，流量相应地增加，使泵的输出功率近似不变。恒功率变量又称为压力补偿变量。
恒功率变量泵最适合用于工程机械，因为工程机械如挖掘机，外负载变化比较大，且变化频繁，所以采用恒功率变量机构，可以实现自动调速，当外负载大时，压力升高，速度降低；当外负载小时，压力降低，速度升高。这样，就可以使机器充分利用发动机的功率，保证机器较高的生产率。
图3-22所示为恒功率变量机构。变量活塞7内装有伺服滑阀阀芯6，伺服滑阀阀芯6与弹簧推杆3相连；弹簧推杆3上装有外弹簧4（在油液压力小的时候起作用）和内弹簧5（在液体压力大的时候内弹簧和外弹簧4一同起作用，使总弹簧刚度增大）。工作时液压油（压力为p）经单向阀（图中未标出）进入变量活塞7的下腔室（面积为Ab），经通道c、b、a进入环槽d和环槽g，而环槽e通过通道f和上腔h相连。环槽d内的液压油（压力为p）作用于伺服滑阀阀芯6下端的环形面积上，给伺服滑阀阀芯6以向上的推力F。当压力p较小，推力F小于外弹簧力（设为Fs），并且变量活塞上腔h面积Ah大于b腔面积Ab，在压力p（Ah-Ab）和弹簧力作用下伺服滑阀阀芯处于最下端位置（如图3-22所示位置）时，此时斜盘10的倾斜角δ最大，泵的输出流量也最大[图3-22（b）中qmax]。当压力p增大，使推力F大于外弹簧力Fs时，伺服滑阀阀芯上移，环槽g保持关闭状态，向下使环槽e与伺服滑阀阀芯中心孔O相通。这时，上腔h中的油液通过通道f、环槽e、伺服滑阀阀芯中心孔O与泵体空腔相通而卸压（泵体空腔压力基本为大气压）。这样，变量活塞7在下端b腔的液体压力作用下随伺服滑阀阀芯向上运动，使倾斜角δ减小，泵的输出流量q也随之减小。伺服滑阀阀芯上移，外弹簧力Fs便增大，当外弹簧力Fs增大至与推力F相等时，伺服滑阀阀芯停止运动。此时泵在某斜盘倾斜角δ下对应一个输出流量q。这就实现了输出流量q随压力p升高而自动下降的过程。
1—限位螺钉 2—弹簧调节螺钉 3—弹簧推杆 4—外弹簧 5—内弹簧 6—伺服滑阀阀芯 7—变量活塞 8—拔销 9—变量头壳体 10—斜盘
图3-22 恒功率变量机构
恒功率变量泵的输出流量特性曲线如图3-22（b）所示。该曲线由4段折线组成，其中A2B2C2D2近似双曲线，即近似恒功率变量。曲线的形状可根据泵的使用要求由弹簧调节螺钉2调整外弹簧的预压缩量，得到如图3-22（b）所示的A1B1C1D1和A3B3C3D3曲线等。