第二章汽车失效理论

第二章汽车零部件的失效理论,目录,第一节汽车零部件失效的概念第二节汽车零部件的磨损失效第三节汽车零部件疲劳断裂失效第四节汽车零部件腐蚀失效第五节汽车零部件变形失效第六节汽车零部件失效分析方法,第一节汽车零部件失效的概念,汽车零部件的失效是造成汽车故障的主要原因，同时也造成很多方面的损失。,主要表现,一是用户方面,二是社会方面,三是汽车制造厂商方面,一、汽车零件失效的基本类型,基本类型,1.磨损,2.疲劳断裂,3.腐蚀,4.变形,5.老化,二、汽车零件失效原因,（一）汽车零件的耗损,在汽车技术状况的变化过程中，影响因素是十分复杂的，但汽车零件失效的主要原因仍然是汽车各机构的组成元件(包括零件)之间在工作过程中相互作用，使机构、总成、汽车的技术状况发生变化的结果。,（二）使用条件对汽车零件技术状况的影响,汽车行驶的道路条件、运行条件、运输条件、气候条件和使用水平等汽车外部条件，都会直接地或由驾驶员通过操纵控制系统传送给汽车零件，使汽车零件产生“响应”而改变了状况；然后由汽车运行速度、燃料消耗、发动机排放、异响与振动、故障率以及配件消耗等可变参数输出，表现出汽车零件失效的状况。,1.运行条件的影响,主要指交通流量对汽车零件运行工况的影响，如载货汽车在城市街道上的速度较郊区要降低50以上，发动机曲轴转速反而升高35左右；换挡次数增加22.5倍。显然，这种工况必然加速汽车零件技术状况的变化进程。,2.运输条件的影响,城市公共汽车经常处于频繁起步、加速、减速、制动和停车为主的典型的非稳定工况下工作，若曲轴转速和润滑系油压不能与载荷协调一致地变化，恶化了配合副的润滑条件，则零件的磨损较稳定工况大大加剧。,3.道路条件的影响,道路状况和断面形状等决定了汽车及总成的工况(载荷和速度、传递的转矩、曲轴转速、换挡次数以及道路不平所引起的动载荷)，从而决定汽车零部件和机构的磨损情况，影响汽车的工作能力。,4.气候条件的影响,影响因素,（1）环境湿度和风速的影响,（2）环境温度的影响,（3）维修水平的影响,环境温度的影响,图汽车故障率与环境温度,图气缸磨损与冷却液温度,第二节汽车零部件的磨损失效,一、汽车零件的摩擦,(一)概念,两物体相对运动使其接触表面间产生运动阻力的现象称为摩擦，该阻力称为摩擦力。,（二）摩擦的分类,按表面润滑状态,1.干摩擦,2.液体摩擦,3.边界摩擦,4.混合摩擦,二、汽车零件的磨损,(一)概念,零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象，称为零件的磨损。磨损的发生将造成零件形状尺寸及表面性质的变化，使零件的工作性能逐渐降低；但磨损有时候也是有益的，如磨合。,（二）分类,1.粘着磨损,2.磨料磨损,3.疲劳磨损,4.腐蚀磨损,5.微动磨损,三、影响汽车零件磨损的因素及磨损规律,(一)影响汽车零件磨损的因素,磨损因素,1.材料性质的影响,2.加工质量的影响,3.工作条件的影响,（二）汽车零件磨损规律,图汽车零件磨损特性曲线,第一阶段：磨合期(oa段),第二阶段：正常工作期(0b段),第三阶段：极限磨损期(曲线b点以后),第三节汽车零部件疲劳断裂失效,一、疲劳断裂失效的分类,二、疲劳断裂失效机理,(一)疲劳裂纹的萌生,在交变载荷下，金属零件表面产生的不均匀滑移、金属内的非金属夹杂物和应力集中等均可能是产生疲劳裂纹核心的策源地。,图：延性金属中由外载荷作用造成的滑移,(二)疲劳裂纹的扩展,在没有应力集中的情况下，疲劳裂纹的扩展可分为两个阶段，即沿晶阶段和穿晶阶段。,图：疲劳裂纹扩展的两个阶段-第一阶段扩展-第二阶段扩展-最终断裂,三、疲劳断口宏观形貌特征,三个区域,1.疲劳源区,2.疲劳裂纹扩展区,3.瞬时断裂区,疲劳裂纹的宏观断口示意图,1-前沿线2-裂纹策源地3-裂纹宽展区4-最后断裂区,四、提高汽车零件抗疲劳断裂的方法,(一)延缓疲劳裂纹萌生时间,其方法有强化金属合金表面，控制表面的不均匀滑移，如表面滚压、喷丸、表面热处理等。,(二)降低疲劳裂纹扩展的速度,主要方法,1.止裂孔法,2.扩孔清除法,3.刮磨修理法,4.提高疲劳裂纹的门槛值K长度,第四节汽车零部件腐蚀失效,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。,略,第五节汽车零部件变形失效,一、汽车零件变形失效的概念、分类,零件在使用过程中，由于承载或内部应力的作用，使零件的尺寸和形状改变的现象称为零件的变形。,（一）概念,（二）分类,类型,弹性变形失效,塑性变形失效,蠕变失效,二、零件变形的原因,主要,残余内应力,外载荷,工作温度,修理、装配精度失准,第六节汽车零部件失效分析方法,失效分析也称故障分析，是研究零部件的磨损、断裂、腐蚀、变形等失效现象的特征或规律，并从中找出损坏原因的一门新的综合性学科。,失效分析的思路，就是对已发生的失效事件，沿着一定的思路去分析研究失效现象的因果关系，进而寻找失效原因，提出改进措施。,图：失效分析思路分类,一、失效模式分析法,失效模式是一种或几种物理或化学过程所产生的效应，导致零件在尺寸、形状、状态或性能上发生明显变化，造成整台机器丧失原设计能力。不同的物理或化学过程对应着不同的失效模式。根据零件的残骸(断口、磨屑等)的特征和残留的有关失效过程信息，可首先判断失效模式，进而推断失效的根本原因。,二、系统工程分析方法,这种方法是把产品看成一个系统，采用数学方法或计算机等现代化工具，研究系统故障率的原因与结果之间的逻辑关系，对系统构成要素、组织结构、信息交换等功能进行分析、设计、制造、维护等，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的。,(一)失效模式影响及危害性分析(FMEACA),FMEA是指在系统设计过程中，通过对系统各组成单元潜在的各种故障模式及其对系统功能的影响与产生后果的严重程度进行分析，提出可能采取的预防改进措旅，以提高产品可靠性的一种设计分析方法。其目的在于建议，如重新考虑系统结构，改换材料，采取有储备系统设计方法等。,(二)故障树分析(FTA),故障树分析法一般