[发明专利]考虑磨削液润滑影响并联合FFT技术的轴承跑道外圆磨削温度求解方法

说明书

本发明涉及一种考虑磨削液润滑影响并联合FFT技术的轴承跑道外圆磨削温度求解方法，属于轴承跑道磨削烧伤控制领域。该方法基于线松弛迭代法计算轴承跑道外圆磨削中磨削液的压力分布，采用影响系数法和卷积快速傅里叶变换技术加速计算轴承跑道接触弧区的表面弹性变形，采用离散累加法计算轴承跑道热变形，利用有限差分法计算磨削液入口方向的压力梯度和磨削液流场的平均速度，进而获得磨削液的对流换热系数，采用移动热源法计算轴承跑道磨削弧区温度场分布。本发明能够更加快速准确地在线分析轴承跑道湿磨变形和加工精度对轴承跑道湿磨温度场的影响情况，为工程实践中轴承跑道磨削温度控制、砂轮选型和磨削液选型提供理论指导。

技术领域

本发明属于轴承跑道磨削温度控制领域，涉及考虑磨削液润滑影响并联合FFT技术的轴承跑道外圆磨削温度求解方法。

背景技术

轴承跑道是直升机传动系统中的关键零件之一，对尺寸精度、表面质量等都有很高的要求，磨削加工是保证轴承跑道加工精度要求的重要加工方式。在轴承跑道磨削加工过程中，常因轴承跑道尺寸、磨削用量及砂轮类型的选择不合适产生较高磨削热量,大量的热量聚集在工件的表层,形成较高的温度,极易烧伤工件，严重时易使轴承跑道零件报废。为减少磨削热量累积，降低磨削温度，常在轴承跑道磨削加工中使用磨削液，利用磨削液的冷却作用带走一部分热量，进而降低磨削温度，避免磨削烧伤轴承跑道。因此，如何快速准确的获取特定磨削加工工况下的温度是改善轴承跑道表面质量的关键。

传统的轴承跑道磨削加工温度主要采用有限元法(FEM)和计算流体力学(CFD)进行分析。FEM主要用于干磨温度分析，不能考虑磨削液的影响且计算时间较长，而CFD主要用于考虑磨削液作用时的温度分析，但对于磨削液粘度和密度的选择不准确且常产生不切实际的负压，同时两种方法均不能考虑加工精度(砂轮和轴承跑道表面形貌)的影响。若采用这两种方法来计算轴承跑道的外圆磨削温度场，虽然能定性的反映磨削接触区的局部温度，但无法准确、快速、在线地反映出实际工况下的磨削温度，从而无法避免轴承跑道磨削烧伤的发生。此外，尽管有些研究考虑了磨削液的影响，仅对不同类型磨削液的对流换热系数采用一个恒定值处理或仅用一个包含磨削液特征参数的表达式来表征，且不能考虑轴承跑道法向加工变形和真实表面形貌的影响。所以，传统的轴承跑道磨削加工温度场计算方法更多的是具有定性分析与经验意义，在预测磨削温度上不够准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种考虑磨削液润滑影响并联合FFT技术的轴承跑道外圆磨削温度求解方法。该方法基于线松弛迭代法计算轴承跑道外圆磨削中磨削液的压力分布，采用影响系数法(ICM)和卷积快速傅里叶变换(FFT)技术加速计算轴承跑道接触弧区的表面弹性变形，采用离散累加法(DSM)计算轴承跑道热变形，利用有限差分法(FDM)计算磨削液入口方向的压力梯度和磨削液流场的平均速度，进而获得磨削液的对流换热系数，采用移动热源法(MHSM)计算轴承跑道磨削弧区温度场分布。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

考虑磨削液润滑影响并联合FFT技术的轴承跑道外圆磨削温度求解方法，该方法包括以下步骤：

S1：将砂轮表面分布的磨粒看成半顶角为θ的圆锥形磨粒，并假设砂轮表面任意两磨粒的间距为ω。通过单颗磨粒磨削过程受力分析获得任意单颗磨粒磨削时法向磨削力F_ni和切向磨削力F_ti，并基于磨削接触弧区面积(磨削几何接触弧长l_g×砂轮宽度B_s)内的轴承跑道磨削接触区内平均磨粒数N’，即N'＝l_gB_s/ω²，并进一步获得轴承跑道获得的平均法向磨削力F_n和平均切向磨削力F_t，以模拟轴承跑道磨削加工过程的受载过程；