第二章 汽车零件失效理论.ppt

第二章汽车零件失效理论 第一节汽车失效规律 一 汽车的技术状况及其变化汽车的技术状况是指定量测得的 表征某一时刻汽车的外观和性能的参数值的总和 表征汽车技术状况的参数 结构参数 技术状况参数 发动机输出功率 转矩与油耗 踏板自由行程等 1 汽车技术状况的分类 汽车完好技术状况 汽车完全符合技术文件规定要求的状况 汽车不良技术状况 汽车不符合技术文件规定的任一要求的状况 包括主要性能指标不符合技术文件的规定 次要性能参数不符合技术文件规定这两种情况 2 汽车的工作能力与汽车故障 汽车的工作能力 汽车按技术文件规定的使用性能指标 执行规定功能的能力 就汽车正常使用而论 处于工作能力状况的汽车会有部分参数值不一定完全符合技术文件的规定 但不属于不良技术状况 汽车故障 汽车部分或完全丧失工作能力的现象 3 汽车技术状况变化的外观症状 动力性下降 汽车最高行驶速度降低 加速时间与加速距离增长 经济性变坏 燃料与润滑油消耗量增加 行驶安全性下降 制动迟缓 失灵 转向沉重 行驶中出现振抖 摇摆或异响 环保性下降 排黑烟或有异常气味 使用可靠性变差 运行中因技术故障而停歇的时间增多 二 汽车失效 技术状况变化 的规律 汽车在使用过程中受到外部环境和内部条件多种因素的作用 其结构强度和使用条件的变化都有平稳变化的一面 同时又有不确定的一面 其反映在汽车技术状况变化规律上 表现为渐进性和突发性两种变化规律 渐进性 变化过程具有确定的形式 突发性 变化过程没有确定的形式 1 汽车技术状况逐渐变化的规律 汽车技术状况逐渐变化的规律En 初始值E0 极限值 2 汽车技术状况的随机变化 当给定汽车技术状况参数的极限值时 该随机性变化表现为汽车技术状况参数达到极限值所对应的行程是多种多样的 具有随机性 如图中的Lp1 Lp2 Lpn所示 三 汽车失效的主要原因 1 汽车零件的耗损零件之间相互摩擦而产生的磨损 零件与有害物质接触而产生的腐蚀 零件在交变载荷作用下产生疲劳 零件在外载 温度和残余内应力作用下发生变形 橡胶及塑料等非金属零件和电器元件因长时间使用而老化 由于偶然事件造成零件损伤等 2 使用条件道路条件 运输条件 气候条件 使用水平 燃料和润滑油的品质 汽车运用的合理性等 维修水平 第二节汽车零部件失效分析 一 汽车失效及其类型失效 汽车零部件失去原设计所规定的功能 失效不仅是指完全丧失原定功能 而且还包含功能降低和有严重损伤或隐患 继续使用会失去可靠性及安全性的零部件 汽车零部件按失效模式分类可分为磨损 疲劳断裂 变形 腐蚀及老化等五类 二 汽车零件磨损 1 汽车零件的摩擦 干摩擦液体摩擦边界摩擦混合摩擦实际工作中 零件通常都是在混合摩擦状态下工作的 其摩擦状态随工作条件的变化而变化 2 汽车零件的摩损 零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象 按表面破坏机理和特征 磨损可分为磨料磨损 粘着磨损 表面疲劳磨损 腐蚀磨损等 物体表面与硬质颗粒或硬质凸出物 包括硬金属 相互摩擦引起表面材料损失的现象称为磨料磨损 磨料磨损是最常见的 同时也是危害最为严重的磨损形式 统计表明 在各类磨损形式中 它大约占磨损总消耗的50 对汽车发动机来说 空气中的尘埃 燃润料里的夹杂物 零件在摩擦过程中剥落的磨屑都是磨料的来源 磨料的粒度 硬度和尺寸 材料的断裂韧性以及材料的弹性模数对磨料磨损都有不同程度的影响 减少汽车零部件磨料磨损的措施 在设计上选择合适的耐磨材料 提高工作表面硬度相合理的结构设计 在使用相维修过程中 应设法防止外界磨料进入各总成内部 如避免汽车在含尘率大的土路上列队行驶 防止燃油 润滑油在贮存及运输过程中混入机械杂质 改善发动机的空气滤清器 燃油滤清器和机油滤清器的滤清质量 密封曲轴箱 变速器壳体 进气管道接头 加强总成装配前的清洁工作等 摩擦副相对运动时 由于固相焊合作用的结果 造成接触面金属损耗的现象称为粘着磨损 干摩擦和在润滑不良条件下工作的滑动摩擦副容易产生粘着磨损 严重时会使摩擦副咬死 在汽车零件中 如气缸套与活塞 活塞环 曲轴轴颈与轴承 凸轮与挺杆 差速器十字轴和齿轮等在装配 使用不当时 都可能产生粘着磨损 由于表面存在微观不平 表面的接触发生在微凸体处 在一定载荷的作用下 接触点处发生塑性变形 使其表面膜被破坏 两摩擦表面金属直接接触形成粘结点 即固相焊合 当摩擦副在高的滑动速度 高接触应力的工作条件下 摩擦表面实际接触的微凸体 因大量的摩擦热而产生熔化和熔合 相互粘接在一起 又在相对运动中被撕裂 严重时造成相对运动停止 这种形式的磨损称为第二类粘着磨损 也称为热磨损 两接触表面在交变接触压应力的作用下 材料表面因疲劳而产生物质损失的现象称为表面疲劳磨损 表面疲劳磨损一般多出现在相对滚动或滚动 滑动复合运动的点接触或线接触的摩擦副 如齿轮副的轮齿表面 滚动轴承的滚珠和滚道以及凸轮副等 表面疲劳磨损与零件材料 热处理的金相组织 表面粗糙度 接触精度以及润滑状态有关 零件材料中含有非金属夹杂物 特别是脆性夹杂物 如氧化铝 硅酸盐 氮化物等 对产生表面疲劳磨损影响很大 零件表面在摩擦过程中 表面金属与周围介质发生化学或电化学反应 因而出现物质损失的现象称为腐蚀磨损 汽车上约20 的零件因腐蚀而失效 腐蚀磨损是腐蚀和摩擦共同作用的结果 其表现的状态与介质的性质 介质作用在摩擦表面上的状态以及摩擦材料的性能有关 腐蚀磨损通常分为化学腐蚀磨损 电化学腐蚀磨损 微动磨损及穴蚀 化学腐蚀磨损 由于金属直接与外部介质发生化学反应而引起的磨损 电化学腐蚀磨损 由于金属在外部介质中发生电化学反应而引起的磨损 微动磨损 零件的过盈配合表面部位在交变载荷或振动的作用下所产生的磨损 穴蚀 与液体相对运动的固体表面 因气泡破裂产生的局部高温及冲击高压所引起的疲劳剥落现象 影响零件磨损的因素及磨损规律 因素 材料性质 加工质量 工作条件 2 磨损规律 磨合期 正常工作期 极限磨合期 零件受周围介质作用而引起的损坏称为零件的腐蚀 按腐蚀机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀 汽车上约20 的零件因腐蚀而失效 金属零件与介质直接发生化学作用面引起的损伤称为化学腐蚀 金属在干燥空气中的氧化及金属在不导电介质中的腐蚀等均属于化学腐蚀 电化学腐蚀是两个不同的金属在一个导电溶液中形成一对电极 产生电化学反应而发生腐蚀的作用 使充当阳极的金属被腐蚀 如金属在酸 碱 盐溶液及潮湿空气中的腐蚀等 基本特点 在金属不断遭到腐蚀的同时还有电流产生 零件的老化 橡胶 塑料制品和电子元件等汽车用零件 随着时间的增长 原有的性能会逐渐衰退称为老化现象 如橡胶轮胎 塑料器件等不论工作与否 长期贮存也会发生龟裂 变硬等老化症状 汽车零件的疲劳 零件在交变应力作用下 经过较长时间工作而发生的断裂现象称为疲劳断裂 疲劳断裂是汽车零部件中常见的失效方式之一 也是危害性最大的一种失效方式 疲劳断裂失效的分类 提高金属零件疲劳抗力的基本途径 延续疲劳裂纹萌生时间强化金屑合金表面 控制表面的不均匀滑移 如表面液压 喷丸 表面热处理等 2 降低疲劳裂纹扩展的速率止裂孔法扩孔清除法刮磨修理法3 提高疲劳裂纹门槛值 k长度 零件在使用过程中 由于承载或内部应力的作用 位零件的尺寸和形状改变的现象称为零件的变形 变形是零件失效的一个重要原因 例如曲轴的变形将影响气缸 活塞组在气缸中的正确位置 离合器摩擦片挠曲过大将造成离合器分离不彻底 变速器中间轴与主轴弯曲过大