球活塞式液压泵因其结构简单，易于实现大排量、大功率等特点为许多液压机械无级变速装置所采用。在球塞泵运行中，球活塞、缸体、作用环等构件组成的运动副处于复杂的润滑状态下，并表现出较强的非线性动力学特征。本文全面考虑了以球活塞为中心的球塞副摩擦学特性与动力学模型的耦合关系，建立了作用环-球活塞-缸体构件组的摩擦动力学模型。应用该模型，揭示了球塞副的动力学行为，接触润滑特性以及效率特性等。本文考虑边界滑移效应，建立了球活塞-缸孔摩擦副润滑模型。根据纯滚动假设，进行球塞副基本运动和受力状态分析，获得各接触对在不同位置和时刻的载荷分布规律，确定了球活塞与缸孔侧壁间处于周期性变载荷、变卷吸速度的大滑滚比点接触弹流润滑状态。应用速度边界条件分析边界滑移速度特性，根据油膜极限剪切力理论，引入Circular流变模型对等效粘度进行计算，并用于修正广义雷诺方程。应用多重网格法和Gauss-Seidel松弛迭代法联立求解，获得了接触区的油膜分布和压力分布等润滑特性，并计算油膜剪切力和承载力。运用摩擦系数对求解结果进行分析，揭示了球塞副特殊工况下的油膜剪切特性。采用与实际结构一致的模拟试验装置，对计算结果进行验证。本文建立了球活塞三自由度摩擦动力学模型，包含摩擦学模型、动力学模型及结构变形三个组成部分。首先明确了建模体系中使用的坐标系及相互间的转换关系。在此基础上，运用既已建立的球活塞-缸孔摩擦副润滑模型，和球活塞-作用环接触副弹流润滑模型，构成摩擦学模型。运用有限元方法，对球塞副构件间多点耦合结构变形进行计算，并将结果引入摩擦学模型作为计算条件。对球塞副构件间的各项受力和运动关系进行分析，建立非线性动力学方程组，采用数值方法进行求解。基于上述摩擦学模型、变形关系和动力学模型，建立了多项因素非线性耦合的球塞副摩擦动力学模型。采用耦合求解方法，实现了球活塞动力学特性、摩擦副弹性形变特性及润滑特性的耦合求解。根据对球活塞摩擦动力学模型在不同工况和结构参数条件下的求解结果，研究了工作周期内球活副构件间的动态接触力学特性，获得单个球活塞的动力学行为。重点针对球活塞-作用环间滑移行为特性及其影响因素进行了分析，揭示了球塞副多接触点耦合受力特性和微观运动特性。根据单球塞副的稳态和动态分析结果，对球塞泵整机效率特性进行计算，并加以试验验证。对球塞副间的油膜压力和剪切动态过程进行了研究，得到各种工况下的润滑特性。探讨了球活塞直径、作用环尺寸、空心球活塞等结构参数对摩擦动力学特性的影响规律。基于摩擦动力学特性，分析了球活塞-缸孔偏心缝隙动态变化特性，并基于此对球活塞-缸孔副的偏心圆环泄漏流动进行建模和计算，得到不同工况和结构下的效率特性，并进行了单球塞副泄漏量模型试验和整机容积效率的试验验证。