斜盘式轴向柱塞泵作为液压启闭机系统的关键动力组件,其运动特性直接关系到液压启闭机系统的整体运行特性。为分析斜盘式轴向柱塞泵的动态特性,基于ADAMS平台,根据斜盘式轴向柱塞泵的运动规律,在ADAMS中添加各类约束,实现对斜盘式轴向柱塞泵的运动学和动力学仿真分析,获取斜盘式轴向柱塞泵在不同工况下主要零部件的位移、速度和加速度特性曲线。对比分析仿真结果与理论计算规律,验证了ADAMS仿真模型的正确性,为研究和分析斜盘式轴向柱塞泵动态性能提供了一种有效的方法。

为了研究对置端曲面齿轮柱塞泵参数对泵动态特性的影响,根据端曲面齿轮柱塞泵工作原理,推导柱塞运动方程。利用Adams与AMESim软件建立对置端曲面齿轮柱塞泵联合仿真模型,通过联合仿真得到不同转速与偏心率下的柱塞泵出口流量与压力的相应曲线。结果表明转速增大,泵出口流量与压力增大,脉动幅值与脉动频率增大;偏心率增加,泵出口流量与压力增大,脉动幅值增大,脉动频率不变。

以某型航空高转速轴向柱塞泵为研究对象,在考虑滑靴柱塞组件往复运动惯性效应下,分析转速对斜盘力矩及斜盘合力作用点轨迹的影响规律。结果发现:随转速增大,在绕斜盘变量方向,斜盘交变力矩使斜盘倾角向增大方向偏移,逐渐不再过零,且力矩峰值呈指数规律增大;转速对绕其他两坐标轴方向斜盘力矩的影响不大;斜盘合力作用点轨迹随转速升高向斜盘平面下死点区域移动,转速增大有助于斜盘向排量增大方向运动且有利于减小斜盘因力矩交变过零引起的

柱塞泵因流量脉动引起的噪音问题研究是柱塞泵低噪音设计的重要前提,也是柱塞泵噪音控制与治理的依据。由于柱塞泵结构和工作原理的原因,柱塞泵的流量脉动无法避免。因此,研究柱塞泵的流量脉动与其关键设计参数之间的关系,对柱塞泵的低噪音设计和噪音治理具有重要意义。以斜盘式轴向柱塞泵为研究对象,以柱塞泵流量脉动为研究指标,通过建立仿真模型,开展柱塞泵流量脉动与其关键设计参数（柱塞数）之间的细致研究,分析和总结了柱塞泵流量脉动与其柱塞数量的关系。

针对斜柱塞泵锥形缸体较直柱塞泵柱形缸体结构及受力更为复杂的特性,考虑到现有的柱形缸体设计与校核方法不能较好适用于锥形缸体的实际情况,在柱形缸体设计校核理论的基础上,推导出适用于斜柱塞泵锥形缸体结构的泵的排量要求、缸体强度及刚度、缸孔与柱塞接触强度、最大相对速度、最大比功率校核公式.以锥形缸体体积最小作为优化目标函数,建立锥形缸体结构的优化模型.在同样的输出压力、输出排量及额定转速下,对锥形缸体进行优化后泵的体积比原来下降大约13%,泵的结构更为紧凑.

在直柱塞泵流量特性理论研究的基础上,提出并建立斜柱塞泵流量特性的理论体系,通过计算机仿真分析结果表明,虽然同条件下斜柱塞泵流量脉动情况比直柱塞泵略差,但在柱塞倾角小于20°的情况下差别并不大,几乎可以忽略.在同等情况下,斜柱塞泵由于柱塞倾角的存在,有更大排量和更小的体积,柱塞的离心力更有助于柱塞的回程,也更有利于减小配流盘直径,降低缸体配流面运动的线速度.

基于柱塞副能量损失分析,建立总效率损失的数学模型。基于总效率损失最小原则,提出最小留缸长度的数值计算方法。为保证柱塞相对运动时不会因摩擦自锁而卡死,提出柱塞与缸体滑动副的强度校核方法,以验证计算所得最小留缸长度的合理性。或依据柱塞与缸体滑动副强度校核方法,计算最小留缸长度以及对应的柱塞几何长度,在总效率损失最小的原则下,计算柱塞与缸体滑动副的最佳间隙。实例分析验证了该计算方法的正确性,并为某型工程机械用柱塞泵计算最小留缸长度为35 mm或40 mm,对应最佳间隙δ为0.012 mm或0.012 7 mm,理论计算总效率损失为0.3%。

在分析斜盘式轴向柱塞泵工作原理的基础上，利用经典理论公式计算其脉动系数；利用仿真软件AMESim建立柱塞泵系统理论模型，通过仿真计算出脉动系数并与理论公式计算结果进行对比，验算AMESim仿真计算方法的正确性；考虑配流等实际条件建立柱塞泵系统的实际模型，通过仿真运算得出具有不同柱塞数的柱塞泵在不同工况下的流量脉动系数和压力脉动系数，为泵的应用提供有益的参考。

为了解决流固耦合条件下斜盘式轴向柱塞泵的数字化设计问题,采用基于动态边界的流体动力学计算方法（CFD）对其进行了建模与解耦分析。通过UG建立柱塞泵工作过程中流体的三维模型,采用Gambit对模型进行网格划分和局部细化,并设定流体边界为移动边界,利用Fluent软件中用户自定义函数（UDF）方法定义流体可压缩性和黏性,以及边界的运动规律,建立了数字化模型并进行了仿真分析,得到了动态流固耦合状态下泵出口流量变化规律。最后,设计和搭建了柱塞泵出口流量与出口压力测试的试验平台,将测试数据与仿真数据进行了对比,实验结果验证了该建模方法和解析手段的可行性与正确性。

斜盘式轴向柱塞泵的低速工况性能是影响整个伺服电机驱动泵控系统效率的重要因素。通过数学模型分析选择最优化的仿真模型，研究并得出定量柱塞泵在变转速工况下的流量特性，结合数学模型和仿真模型，确定了定量柱塞泵在变转速工况下的性能，得到了不同转速下斜盘式轴向柱塞泵的压力波动和流量特性，为探索伺服电机驱动的斜盘式轴向柱塞泵控系统的性能提供了依据。