其静态 特性表示，通常静态性能好坏主要取决于效率和起动转矩比，两者表达如下：
[0039] q= -Ttcot/(Tpcop) (1)
[0040] K = -Tt/Tp (2)
[0041] 式中TP，《 P和T T，《及别为栗轮扭矩、转速和涡轮的扭矩、转速；n和K分别变 矩器的效率和转矩比。
[0042] 本实施例采用有效直径为390mm的某型号液力变矩器进行数值模拟计算，其栗 轮、涡轮及导轮的叶片数分别为20、18和14。其CFD仿真边界条件如表1。
[0043] 表1CFD仿真边界条件
[0044]
[0045] 由CFD仿真得到静态特性如图1 :由图1可看出液力变矩器效率最大即最佳工况 点在传动比〇. 7附近，且其最高效率可达到80%左右；转矩比随着传动比增大而减小，起动 转矩比可达到2左右；由特性曲线表明该液力变矩器具有较好的静态特性，能代表一般单 级三元件液力变矩器静态特性特征，另一方面也表明此研究模型的广泛适用性。
[0046] 对于液力变矩器栗轮转矩大小研究主要是基于各种转速比条件下的稳态实验，以 得到转矩系数随速比变化曲线，最终得到液力变矩器栗轮转矩的静态表达为
[0047]
05
[0048] 式中为栗轮静态转矩；Ap(i)为栗轮转矩系数，它是速比i的函数；p，g分别为 油液密度和重力加速度；D为变矩器的有效直径；由式（3)可以看出：当栗轮转速不变的情 况下，对于确定结构的液力变矩器，其栗轮扭矩与扭矩系数成线性关系，图1表明扭矩系数 仅与速比有关，即在栗轮转速不变条件下，基于稳态实验的栗轮转矩静态表达只和转速比 相关。
[0049] 液力变矩器栗轮转矩的静态表达能符合传统工程机械传动系统研究要求，但变矩 器作为一种液力传动装置，相较传统齿轮、连杆等传动方式有其自身的特点：1、有很强的可 变刚性，能减小载荷波动对传动系统的损害；2、阻尼不定性，较大的阻尼对整机有很好的缓 冲减振作用，但不同转速下阻尼大小不同；即液力变矩器有着强非线性特征，故基于静态实 验的栗轮转矩的简单线性表达无法在栗轮轴上反映出外载荷的波动性。
[0050] 基于上述特点及现代整机对元部件更高的设计要求，为实现变矩器与发动机和 变速器更合理地匹配，有必要探究变矩器栗轮转矩更精确的表达.在栗轮转速不变、外载 波动的情况下，液力变矩器实际栗轮扭矩特征可通过CFD仿真得到：设定栗轮转速2000r/ min，速比0. 7,涡轮转速波动幅值140r/min，频率20HZ情况下，变矩器栗涡轮转速、转矩输 出如图2,由图2转速波动曲线与扭矩波动曲线对比可知，在栗轮转速保持不变，涡轮转速 定幅值波动的条件下，栗涡轮扭矩也相应出现波动，但明显扭矩变化出现延时，且栗轮扭矩 波动幅值相对涡轮扭矩波动幅值有所衰减。这种延时性的转矩波动特征是无法通过栗轮转 矩静态表达式表现出来的，它反映出了变矩器的非线性。由于土方机械整车工况恶劣，载荷 波动大，栗轮扭矩波动会更剧烈，因此有必要从理论与实验方面探讨栗轮动态转矩的影响 因素及其具体映射关系。
[0051] 步骤二：液力变矩器栗轮动态转矩中的"载荷波动项"分析
[0052] 基于一元束流理论的三点假设，可以推导得到波动载荷条件下变矩器栗轮的动态 转矩如下：
[0053] (4)
[0054] 式中Q，rB2分别为循环流量和栗轮有效半径；A :为栗轮综合几何参数；F By为栗轮 叶片流道的几何参数形状因素；JP为栗轮转动惯量；对式（4)中的结构参数和确定常数量 分别用A，B，C，D代替，上式即可化简为：
[0055]
(5)
[0056] 从函数关系角度来看，咬可以得到一种复合式的隐函数表达，即
[0057]
(6)
[0058] 由于栗轮转速基本保持不变，故d 〇 p/dt = 0,流量Q的微分表达如下
[0059]
(7)
[0060] 根据复合函数求导法则，结合式（6)对疗求导，即 到
,8)
[0062] 忽略结构参数以及常量，为探求变矩器栗轮转矩波动的影响因素，基于函数映射 关系从式（8)可总结出下式，即
[0063]
(9)
[0064] 据此，可以得到较为精确的栗轮动态转矩波动幅值的表达式为
[0065]
C10)
[0066] 由式（10)对于栗轮转矩波动幅值的模糊表达的影响参量来看，A ?T/A t表示涡 轮转速变化的快慢，即涡轮转速变化的角加速度.这说明即使两个液力变矩器模型在某一 时刻栗轮、涡轮的转速相同，但涡轮的角加速度不同时，其栗轮对应的转矩值应是不同的， 这从理论上说明了栗轮转矩静态表达模型是不准确的。
[0067] 再者，A ?T/At为角加速度项，这反映的是整机的载荷特征，即式（10)为液力变 矩器栗轮转矩的"载荷波动项"。这说明实际栗轮转矩的波动性与整机类型及其工况是紧密 关联的。对于汽车、装载机以及推土机等，由于工况条件的不同，其各自对应的栗轮转矩的 载荷波动项是不同的.由式（10)可知，液力变矩器栗轮动态转矩的"载荷波动项"模型如 图3。
[0068] 步骤三：液力变矩器CFD仿真试验
[0069] a)控制变量法仿真试验
[0070] 对于确定结构的液力变矩器，其关联负载特征的栗轮动态转矩"载荷波动项"与栗 涡轮转速、涡轮转速波动幅值以及涡轮转速波动快慢有关.为探究各参数对栗轮转矩"载 荷波动项"的影响，本发明基于流体动力学原理，应用CFD软件（Workbench)进行分析，即对 单级三元件液力变矩器建立全流道三维仿真模型，选择六面体网格单元和标准的k- e湍 流模型，设定各叶轮流道进口速度边界、出口压力边界，进行液力变矩器内流场的数值模拟 计算.实际仿真试验方法采用控制变量法进行，即每组试验变化一个参数，其他参数保持 不变，以此防止各参数间相互影响.因此若仅使A ?T/At变化，A ?T恒定，则变为研究栗 轮转矩波动幅值随频率f = 1/ A t的影响，且由i = ?T/?P，式（10)即变为：
[0071]
(11)
[0072] 以coP，coT，A ?T，f为自变量，A7；f为因变量开展仿真试验。在实际CFD仿真过程 中，为保证模型是由稳态过渡到涡轮转速以某一幅值波动状态，先必须确定某一恒定的栗 轮和涡轮转速，进行稳态流体解析求出稳态收敛解；然后保持栗轮转速不变，涡轮转速值在 稳态设定值基础上加上正弦波动项进行瞬态解析.其仿真过程中具体输入、输出转速设定 情况如下：
[0073] 在载荷波动项解析过程中设定栗轮转速为cop。，涡轮转速设定分为两个阶段 ：tl 阶段转速为b阶段转速为《 TD.其中coTD的具体表达式如下：
[0074]
(12)
[0075] 每次仿真试验中变化式（11)中的某一自变量，其他变量保持基准值，即栗轮转速 2000r/min，速比0. 7,涡轮转速波动幅值、频率分别为140r/min、20HZ，结果输出栗轮动态 转矩的"载荷波动项"幅值.多组仿真后得到的离散值，经最小二乘法拟合得到曲线如图5。
[0076] 由上述拟合的曲线可知：在栗轮转速恒定条件下，单级三元件液力变矩器栗轮动 态转矩的"载荷波动项"幅值与栗轮转速、涡轮转速波动幅值成正比关系；与涡轮转速变化 频率近似成反比关系；与速比近似成指数变化关系；由此可总结A A wT，f?变化 关系的表达式为：
[0077]
(以）
[0078] 其中，I为待