在现代水压技术研究过程中,由于水特殊的物理和化学特性,使得水压元件的开发面临新材料、新结构、新工艺甚至新的设计理念等多方面的技术难题,因此发展不及油压技术成熟,造成水压元件不多且造价高。目前水压泵设计理念仍类似油压柱塞变量泵,利用柱塞在一定斜盘倾角下相对缸体作往复运动来实现流量输出。泵结构复杂,流量脉动大,无法实现油压泵"丰富多样"的控制方式、可靠性也远低于油压泵。因此,本文研制一种集成油压和水压元件的新型水压变量泵,水泵采用成熟可靠、控制性能高的油压元件来实现动力驱动和控制,采用少量结构简单、工艺要求低的水压元件(水压缸、单向阀、蓄能器等)来实现介质与能量的传输。与常规水压泵相比,不仅结构简单,而且性能优异。论文主要完成以下研究:(1)根据新型水压泵的特殊参数要求,提出了两种水压泵的设计方案,分别对两种方案的运动规律及受力进行理论分析,并且从结构可变性、结构紧凑性、加工难度和经济性等方面进行对比,选取了最优方案一。(2)基于方案模型,对水压泵的关键零部件尺寸进行了设计计算,确定单个水压缸的基本尺寸,针对水压的特殊环境,对水压缸进行了材料选型以及密封设计。基于水压缸尺寸,设计了水压泵的阀块,最后对水压泵整体结构进行了三维建模。(3)基于水压泵结构,利用ANSYS Workbench对水压泵重要零部件水压缸进行静、动力学分析。通过静力学分析得到水压缸的最大应力为114.79MPa,低于材料许用应力154.1MPa;最大变形量为0.078mm,小于许用最大挠度。因此水压缸满足静力学性能要求,但是存在优化空间。同时对水压缸进行了模态分析,结果显示水压缸动态特性良好,与激励源不会发生共振。最后分别以降低最大应力、最大变形量以及实现质量轻量化为目标,运用有限元分析方法对水压缸进行了参数化优化设计。优化结果显示模型的最大应力减小了 17.19MPa,约占优化前模型最大应力的14.98%,小于材料的许可应力。最大变形量减小了 0.013mm,约占之前最大变形量的16.46%,模型的总质量减小了 1.46kg,约占优化前质量的8.07%。因此优化设计后的模型不仅满足各项性能要求,而且较优化前有很大提高。(4)基于流体力学理论知识,对水压泵优化结构的运动学进行研究,得到了水压泵活塞的运动特性和水压泵理论输出流量曲线,从流量输出曲线得知水压泵必然存在流量脉动,针对此问题提出了在系统出口设置蓄能器来减小流量脉动的方案。运用AMESim软件建立水压泵系统的仿真模型,并对未安装蓄能器和已安装蓄能器的流量输出曲线进行对比,结果显示蓄能器能有效降低流量脉动。最后对蓄能器消减脉动的影响因素进行讨论,结果显示蓄能器的充气压力和充气体积增大,脉动就减小。