汽车维修课件第二章

1、主讲：李欣灿主讲：李欣灿汽车维修工程 Automotive Maintenance and Repair Engineering2.2 2.2 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析2.1 2.1 汽车失效规律汽车失效规律第第2章章 汽车零部件失效理论汽车零部件失效理论 学习要求学习要求: :了解失效类型和原因，熟悉磨损失效的了解失效类型和原因，熟悉磨损失效的形式和机理，掌握汽车零件磨损的因素及磨损规形式和机理，掌握汽车零件磨损的因素及磨损规律，了解疲劳断裂失效和腐蚀失效，熟悉变形失律，了解疲劳断裂失效和腐蚀失效，熟悉变形失效形式和机理，掌握失效的分析的方法。效形式和机理，掌握失效的分析的方法。

2、2.32.3 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法321 汽车失效规律汽车失效规律汽车失效汽车失效：产品在规定的条件下，时间内，不能完成规定：产品在规定的条件下，时间内，不能完成规定 功能的现象（也可称为故障）功能的现象（也可称为故障）汽车是由近两万个零部件组成执行多种规定功能的总汽车是由近两万个零部件组成执行多种规定功能的总成、机构、部件。按一定工艺程序和技术要求装配成的整成、机构、部件。按一定工艺程序和技术要求装配成的整体。研究零部件的失效，体。研究零部件的失效，汽车故障的机理，防止和避汽车故障的机理，防止和避免事故，危害的发生。免事故，危害的发生。事故的危害影响事故的危害影响：用

3、户：用户：影响使用，造成人车的事故，维修费加大，影响使用，造成人车的事故，维修费加大，社会：社会：造成不良的社会影响，资源的浪费，社会公害加剧。造成不良的社会影响，资源的浪费，社会公害加剧。厂家：厂家：经济损失，无形的损失更多经济损失，无形的损失更多品质、品质、口碑口碑失效一般用于不可修复产品，故障则用于可修复产品失效一般用于不可修复产品，故障则用于可修复产品421 汽车失效规律汽车失效规律一、汽车技术状况的变化一、汽车技术状况的变化 汽车技术状况：汽车技术状况：汽车外观和性能参数值的总和汽车外观和性能参数值的总和1.汽车技术状况的分类汽车技术状况的分类结构参数：几何尺寸、声学、电子、热学参数

4、结构参数：几何尺寸、声学、电子、热学参数技术状况参数：功率（转矩）、油耗、排放值、技术参数技术状况参数：功率（转矩）、油耗、排放值、技术参数1）汽车完好技术状况：）汽车完好技术状况：指汽车完全符合技术文指汽车完全符合技术文件规定的状况件规定的状况2）汽车不良技术状况：）汽车不良技术状况：指汽车不符合技术文件规指汽车不符合技术文件规定的任一要求的状况定的任一要求的状况521 汽车失效规律汽车失效规律一、汽车技术状况的变化一、汽车技术状况的变化 1.汽车技术状况的分类汽车技术状况的分类2.汽车工作能力与汽车故障汽车工作能力与汽车故障汽车的工作能力（或称为汽车工作能力状况）：汽车的工作能力（或称为汽

5、车工作能力状况）：指执行规定功能的能力。指执行规定功能的能力。汽车故障：汽车故障：指汽车部分或完全丧失工作能力的现象。指汽车部分或完全丧失工作能力的现象。 只要汽车工作能力遭到只要汽车工作能力遭到破坏，汽车就处于故障状况。破坏，汽车就处于故障状况。621 汽车失效规律汽车失效规律一、汽车技术状况的变化一、汽车技术状况的变化 3.汽车技术状况变化的外观症状汽车技术状况变化的外观症状 汽车技术状况变差的外观症状：汽车技术状况变差的外观症状：1）汽车动力性变差）汽车动力性变差2）汽车燃油和润滑油消耗量显著增加）汽车燃油和润滑油消耗量显著增加3）汽车制动性能变差）汽车制动性能变差4）汽车操纵稳定性变差

6、）汽车操纵稳定性变差5）汽车排放和噪声超限）汽车排放和噪声超限6）汽车在行驶中出现异响和振动）汽车在行驶中出现异响和振动7）汽车的可靠性变差，使汽车停驶时间增加）汽车的可靠性变差，使汽车停驶时间增加721 汽车失效规律汽车失效规律一、汽车技术状况的变化一、汽车技术状况的变化 二、汽车失效规律二、汽车失效规律 1.失效的原因失效的原因a.零件间相互作用的结果零件间相互作用的结果b.使用和保管的环境条件的影响使用和保管的环境条件的影响c.零件隐伤和过载等偶然因素的作用零件隐伤和过载等偶然因素的作用 2.汽车技术状况变化的规律汽车技术状况变化的规律 1） 渐进型渐进型 故障原则上可通过及时维故障原则

7、上可通过及时维修防止汽车发生故障修防止汽车发生故障,同时可同时可通过这一规律来预测故障的发通过这一规律来预测故障的发生和对汽车进行不解体的检测生和对汽车进行不解体的检测.821 汽车失效规律汽车失效规律二、汽车失效规律二、汽车失效规律 1.失效的原因失效的原因 2.汽车技术状况变化的规律汽车技术状况变化的规律 1） 渐进型渐进型 2） 突发型突发型921 汽车失效规律汽车失效规律二、汽车失效规律二、汽车失效规律 1.失效的原因失效的原因 2.汽车技术状况变化的规律汽车技术状况变化的规律 2）突发型）突发型车祸图片车祸图片1021 汽车失效规律汽车失效规律二、汽车失效规律二、汽车失效规律 1.失

8、效的原因失效的原因 2.汽车技术状况变化的汽车技术状况变化的规律规律 2）突发型）突发型车祸图片车祸图片1121 汽车失效规律汽车失效规律二、汽车失效规律二、汽车失效规律 1.失效的原因失效的原因 2.汽车技术状况变化的汽车技术状况变化的规律规律 2）突发型）突发型车祸图片车祸图片1221 汽车失效规律汽车失效规律二、汽车失效规律二、汽车失效规律 2）突发型）突发型车祸图片车祸图片 突发性故障是车辆系统运行过程中的共性问题，对它的突发性故障是车辆系统运行过程中的共性问题，对它的检测和诊断，就是对所谓非线性时变系统状态的检测和诊断检测和诊断，就是对所谓非线性时变系统状态的检测和诊断问题问题,目前

9、，在汽车故障诊断中，缺乏相应的机理性研究成果。目前，在汽车故障诊断中，缺乏相应的机理性研究成果。 可靠性理论接纳产品发生偶然故障的随机性；但被认为可靠性理论接纳产品发生偶然故障的随机性；但被认为只是具备工程上的统计意义，即所谓，不能够发现作用机理只是具备工程上的统计意义，即所谓，不能够发现作用机理前提下的统计近似。前提下的统计近似。 失效性原理认为产品只有发生故障和不发生故障两种可失效性原理认为产品只有发生故障和不发生故障两种可能，没有既发生故障，又不发生故障的情况，即所谓的偶然能，没有既发生故障，又不发生故障的情况，即所谓的偶然故障。这是确定性理论的典型特征，有或无，没有中间态。故障。这是确

10、定性理论的典型特征，有或无，没有中间态。 1321 汽车失效规律汽车失效规律1421 汽车失效规律汽车失效规律1521 汽车失效规律汽车失效规律1621 汽车失效规律汽车失效规律返回返回1721 汽车失效规律汽车失效规律三、汽车零件失效原因三、汽车零件失效原因 1.汽车零件的损耗汽车零件的损耗 汽车零件失效的主要汽车零件失效的主要原因是汽车零件的损耗原因是汽车零件的损耗 正常工作过程中的互相作用，使正常工作过程中的互相作用，使得技术状况恶化的结果得技术状况恶化的结果汽车零件主汽车零件主要失效形式要失效形式1)零件的磨损零件的磨损2)零件的变形零件的变形3)零件的疲劳损坏零件的疲劳损坏4)零件的

11、热损坏和老化零件的热损坏和老化5)零件的腐蚀损坏零件的腐蚀损坏1)磨损磨损失效模式 ： 粘着磨损粘着磨损 磨料磨损磨料磨损 表面疲劳磨损表面疲劳磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损21 汽车失效规律汽车失效规律轴轴承承磨磨损损21 汽车失效规律汽车失效规律失效模式：失效模式： 高应变低周疲劳高应变低周疲劳 低应力高周疲劳低应力高周疲劳 腐蚀疲劳腐蚀疲劳 热疲劳热疲劳2)疲劳断裂疲劳断裂21 汽车失效规律汽车失效规律21 汽车失效规律汽车失效规律 3)腐蚀腐蚀 失效模式失效模式 化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀 穴蚀穴蚀21 汽车失效规律汽车失效规律 4)变形变形 失效模式 弹性模式

12、塑性模式 蠕变模式21 汽车失效规律汽车失效规律 5)老化老化 失效模式：失效模式： 龟裂龟裂 变硬变硬 衰退衰退21 汽车失效规律汽车失效规律2521 汽车失效规律汽车失效规律三、汽车零件失效原因三、汽车零件失效原因 1.汽车零件的损耗汽车零件的损耗2.使用条件对汽车零件技术状使用条件对汽车零件技术状 况的影响况的影响（1）道路条件的影响）道路条件的影响（2）运行条件的影响）运行条件的影响（3）运输条件的影响）运输条件的影响（4）气候条件的影响）气候条件的影响（5）维修水平的影响）维修水平的影响3.零件失效的基本原因零件失效的基本原因引起零件失效的原因很多，主要分为：引起零件失效的原因很多，

13、主要分为： 设计制造设计制造 (设计不合理和设计考虑不周到设计不合理和设计考虑不周到) 工作条件工作条件（包括零件的受力和工作环境）（包括零件的受力和工作环境） 使用维修使用维修 （使用和维修保养不当）（使用和维修保养不当）21 汽车失效规律汽车失效规律零件的受力零件的受力 零件的受力状况包括载荷的类型、载荷的 性质以及载荷在零件中的应力状态。零件承受的载荷若超过其允许承受的能力时，零件就失效了。 实际情况中汽车零件往往不是只受一种载荷的作用，而是同时受几种类型的载荷。 21 汽车失效规律汽车失效规律3.零件失效的基本原因零件失效的基本原因汽车工作环境汽车工作环境 汽车零件在不同的环境介质（气

14、体、液体、汽车零件在不同的环境介质（气体、液体、酸、碱、盐介质、固体磨料、润滑剂等）和酸、碱、盐介质、固体磨料、润滑剂等）和不同的工作环境下，可能引起磨损、腐蚀、不同的工作环境下，可能引起磨损、腐蚀、磨料磨损以及热应力引起的热变形、热膨胀、磨料磨损以及热应力引起的热变形、热膨胀、热疲劳等失效，还可能引起材料的脆化，造热疲劳等失效，还可能引起材料的脆化，造成高分子材料的老化。成高分子材料的老化。21 汽车失效规律汽车失效规律3.零件失效的基本原因零件失效的基本原因设计不合理设计不合理 设计不合理和设计考虑不周到是零件失设计不合理和设计考虑不周到是零件失效的重要原因之一。零件的材料和结构及效的重要

15、原因之一。零件的材料和结构及加工装配都对其有影响加工装配都对其有影响.21 汽车失效规律汽车失效规律3.零件失效的基本原因零件失效的基本原因使用与维修使用与维修 汽车在使用中超载、润滑不良、滤清汽车在使用中超载、润滑不良、滤清效果不好，违反操作规程，出现偶然事故效果不好，违反操作规程，出现偶然事故以及维修不当等，也会造成零件的早期破以及维修不当等，也会造成零件的早期破坏和加速损坏。坏和加速损坏。21 汽车失效规律汽车失效规律3.零件失效的基本原因零件失效的基本原因3122 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析一、汽车零部件失效类型一、汽车零部件失效类型 按失效模式分类为：磨损、断裂、腐蚀、变形

16、和老化五类按失效模式分类为：磨损、断裂、腐蚀、变形和老化五类2.疲劳断裂疲劳断裂：高应变低周期疲劳、低应力高周期疲劳、：高应变低周期疲劳、低应力高周期疲劳、 腐蚀疲劳和热疲劳等腐蚀疲劳和热疲劳等1.磨损磨损：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、 腐蚀磨损、微动磨损腐蚀磨损、微动磨损3.腐蚀：腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀4.变形变形：弹性变形、塑性变形、蠕变变形：弹性变形、塑性变形、蠕变变形5.老化：老化：龟裂、变硬、衰退龟裂、变硬、衰退3222 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析一、汽车零部件失效类型一、汽车零部件失效类型 按失效模式分

17、为：磨损、断裂、腐蚀、变形和老化等五类按失效模式分为：磨损、断裂、腐蚀、变形和老化等五类3322 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析一、汽车零部件失效类型一、汽车零部件失效类型 按失效模式分类为：磨损、断裂、变形、腐蚀和老化等五类按失效模式分类为：磨损、断裂、变形、腐蚀和老化等五类齿轮的磨损、断裂、变形齿轮的磨损、断裂、变形3422 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析二、汽车零件的磨损二、汽车零件的磨损1.汽车零件的摩擦汽车零件的摩擦2）分类：）分类：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦、混合摩擦干摩擦、液体摩擦、边界摩擦、混合摩擦1）定义：两物休相对主动，使其接触表面间产生运动阻力的）定义：两物休

18、相对主动，使其接触表面间产生运动阻力的 现象称为现象称为摩擦。摩擦。a.干摩擦：摩擦面无任何润滑介质隔开的摩擦；干摩擦：摩擦面无任何润滑介质隔开的摩擦；b.液摩磨擦：两摩擦表面被润滑油完全隔开时摩擦液摩磨擦：两摩擦表面被润滑油完全隔开时摩擦 油膜厚度油膜厚度1.5-2.0m的油膜；的油膜； c.边界摩擦：两摩擦表面被一层极薄的边界膜隔开的摩擦边界摩擦：两摩擦表面被一层极薄的边界膜隔开的摩擦 油膜厚度通常在油膜厚度通常在0.1m以下；以下；d.混合摩擦：两摩擦表面混合存在两种以上的摩擦混合摩擦：两摩擦表面混合存在两种以上的摩擦.实际工作状态中，零件通常都是在混合摩擦状态下工作的。实际工作状态中，

19、零件通常都是在混合摩擦状态下工作的。3522 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析二、汽车零件的磨损二、汽车零件的磨损边界油膜流动油膜干摩擦状态干摩擦状态液体摩擦状态液体摩擦状态3622 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析二、汽车零件的磨损二、汽车零件的磨损边界油膜边界摩擦状态边界摩擦状态混合摩擦状态混合摩擦状态3722 汽车零部件的磨损失效汽车零部件的磨损失效2.汽车零件的磨损汽车零件的磨损 1）概念：）概念：零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失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。的现象，称为零件的磨损。2）分类：按摩擦原理的不同，可分为磨料磨损、粘着

20、磨损、）分类：按摩擦原理的不同，可分为磨料磨损、粘着磨损、 疲劳磨损、腐蚀磨损疲劳磨损、腐蚀磨损(1) 磨料磨损：摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损；磨料磨损：摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损；(2) 粘着磨损：当金属表面的油膜被破坏，摩擦表面间直接接触粘着磨损：当金属表面的油膜被破坏，摩擦表面间直接接触而而 发生粘着作用，产生的磨损；发生粘着作用，产生的磨损；(3) 疲劳磨损：在交变载荷作用下，零件表层产生疲劳剥落的现疲劳磨损：在交变载荷作用下，零件表层产生疲劳剥落的现象象(4) 腐蚀磨损：零件摩擦面由于外部介质的作用，产生化学或电腐蚀磨损：零件摩擦面由于外部介质的作用，产生化学或电化化

21、学的反应而引起的磨损。学的反应而引起的磨损。二、汽车零件的磨损二、汽车零件的磨损3822 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析磨料磨损的定义形式、影响因素及减轻措施磨料磨损的定义形式、影响因素及减轻措施3922 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析粘着磨损的定义机理及影响因素和减小措施粘着磨损的定义机理及影响因素和减小措施4022 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析疲劳磨损的定义分类及产生机理和减小措施疲劳磨损的定义分类及产生机理和减小措施4122 汽车零部件失效分析汽车零部件失效分析腐蚀磨损的定义分类及减小措施腐蚀磨损的定义分类及减小措施4222 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析3

22、.影响汽车零件磨损的因素及磨损规律影响汽车零件磨损的因素及磨损规律 二、汽车零件的磨损二、汽车零件的磨损4322 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析3.影响汽车零件磨损的因素及磨损规律影响汽车零件磨损的因素及磨损规律 1）因素）因素多种磨损多种磨损形式：形式：材料性质：由于成分、组织、结构不同抵抗材料性质：由于成分、组织、结构不同抵抗 磨损能力不同磨损能力不同加工质量：主要指表面粗糙度，几何形状加工质量：主要指表面粗糙度，几何形状 误差。误差。工作条件：主要指润滑条件、滑动速度、单工作条件：主要指润滑条件、滑动速度、单 位压力及工作温度位压力及工作温度二、汽车零件的磨损二、汽车零件的磨损

23、4422 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析3.影响汽车零件磨损的因素及磨损规律影响汽车零件磨损的因素及磨损规律 1）因素）因素2）汽车零件磨损规律）汽车零件磨损规律零件磨损特性曲线零件零件磨损特性曲线零件磨损分为三个阶段磨损分为三个阶段（1）第一阶段（磨合期）第一阶段（磨合期）Oa段段（2）第二阶段（正常工作期）第二阶段（正常工作期）Ob段段（3）第三阶段（极限磨损期）曲线）第三阶段（极限磨损期）曲线b点以后点以后4522 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析三、汽车零件的腐蚀三、汽车零件的腐蚀定义：零件受周围介质作用而引起的损坏定义：零件受周围介质作用而引起的损坏分为化学腐蚀分为

24、化学腐蚀和电化学腐蚀。和电化学腐蚀。20%以上的零件因腐蚀而失效。以上的零件因腐蚀而失效。1.化学腐蚀失效机理化学腐蚀失效机理：化学腐蚀是金属与介质直化学腐蚀是金属与介质直接发生化学作用而引起的损接发生化学作用而引起的损伤伤如铁在空气里：如铁在空气里：4Fe+3O2=2FeO3 3Fe +2O2=Fe3 O4 4622 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析三、汽车零件的腐蚀三、汽车零件的腐蚀1.化学腐蚀失效机理：化学腐蚀失效机理：2.电化学腐蚀失效机理：电化学腐蚀失效机理：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

25、电化学反应而发生腐蚀的作用，使充当阳极的金属被腐蚀。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。其它的电化学腐蚀其它的电化学腐蚀 浓度腐蚀浓度腐蚀 析氢腐蚀析氢腐蚀 燃气腐蚀燃气腐蚀4722 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析三、汽车零件的腐蚀三、汽车零件的腐蚀1.化学腐蚀失效机理：化学腐蚀失效机理：2.电化学腐蚀失效机理：电化学腐蚀失效机理： 橡胶、塑料、电子元件都随橡胶、塑料、电子元件都随着时间的增加，原有的性能会衰着时间的增加，原有的性能会衰退，称为老化现象。退，称为老化现象。3.汽车零件的老化汽车零件的老化4.防止金属腐蚀的措施防止金属腐蚀的措施正确的选用金属材料，并合

26、理设计金属结构，镀铬、镀锡、喷涂正确的选用金属材料，并合理设计金属结构，镀铬、镀锡、喷涂、油漆层添加缓蚀剂，除去介质中的有害成分，隔离有害介质及化油漆层添加缓蚀剂，除去介质中的有害成分，隔离有害介质及化学保护法发兰（氧化膜）磷化膜学保护法发兰（氧化膜）磷化膜保护膜保护膜4822 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析四、汽车零件的疲劳断裂四、汽车零件的疲劳断裂 零件在交变应力作用下，经过较长时间工作而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。发生的断裂现象，称为疲劳断裂。 疲劳断裂是汽车零疲劳断裂是汽车零件中常见的失效形式之件中常见的失效形式之一也是危害最大的一种

27、。一也是危害最大的一种。22 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析1.汽车零件疲劳断裂失效的分类汽车零件疲劳断裂失效的分类1.汽车零件疲劳断裂失效的分类汽车零件疲劳断裂失效的分类疲劳断裂失效疲劳断裂失效无裂纹零件的疲劳断裂失效无裂纹零件的疲劳断裂失效零件中不存在的预裂纹。疲劳零件中不存在的预裂纹。疲劳由裂纹形核、扩展及最终断裂由裂纹形核、扩展及最终断裂三个基本过程构成。多发生在三个基本过程构成。多发生在经过良好加工的零件上，如曲经过良好加工的零件上，如曲轴、连杆、齿轮等轴、连杆、齿轮等裂纹零件的疲劳断裂失效裂纹零件的疲劳断裂失效零件中有预裂纹存在，疲劳过零件中有预裂纹存在，疲劳过程是预裂纹

28、扩展的过程。多发程是预裂纹扩展的过程。多发生在各种大构件中，在汽车零生在各种大构件中，在汽车零件中较少发生件中较少发生低周疲劳低周疲劳应力循环次数应力循环次数Nf 104次次高周疲劳高周疲劳应力循环次数应力循环次数Nf104次次气缸体断裂端面侧面端面裂纹活塞损坏断裂后的主轴承盖气缸体断裂端面 返回5222 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析2.疲劳断裂失效机理疲劳断裂失效机理 金属零件疲劳断裂实际上是一个积损伤过程，大体上可分金属零件疲劳断裂实际上是一个积损伤过程，大体上可分滑移、裂纹成核、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展，最终断裂。滑移、裂纹成核、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展，最终断裂。1）疲劳源

29、区）疲劳源区5322 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析2.疲劳断裂失效机理疲劳断裂失效机理 金属零件疲劳断裂实际上金属零件疲劳断裂实际上是一个积损伤过程，大体上可是一个积损伤过程，大体上可分滑移、裂纹成核、微裂纹扩分滑移、裂纹成核、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展，最终断裂。展、宏观裂纹扩展，最终断裂。2）疲劳裂纹的扩展）疲劳裂纹的扩展 疲劳断口疲劳断口的宏观外貌的宏观外貌 有三个典型有三个典型的特征区，疲的特征区，疲劳弧线清晰，劳弧线清晰，疲劳台阶明显疲劳台阶明显22 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析22 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析22 汽车零部件的失效分析汽车零部件的

30、失效分析22 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析疲劳弧线疲劳弧线 疲劳弧线疲劳弧线是由于外加载荷的改变或者是由于临是由于外加载荷的改变或者是由于临近的裂纹、材料中的缺陷、残余应力的影响下发近的裂纹、材料中的缺陷、残余应力的影响下发生的应力再分配，引起的疲劳裂纹前沿区域局部生的应力再分配，引起的疲劳裂纹前沿区域局部地区出现应力大小及应力状态的改变，从而使疲地区出现应力大小及应力状态的改变，从而使疲劳裂纹扩展的速度及方向均发生变化，在断面上劳裂纹扩展的速度及方向均发生变化，在断面上留下塑性变形的痕迹，即留下塑性变形的痕迹，即疲劳弧线疲劳弧线。 疲劳弧线疲劳弧线汽车后桥齿轮失效分析第一步：收集

31、第一步：收集后桥齿轮后桥齿轮有关的原始资料如下：有关的原始资料如下：后桥齿轮的工艺路线为后桥齿轮的工艺路线为: :剪切下料剪切下料锻造锻造正火正火切齿切齿热处理（渗碳、淬火、回火热处理（渗碳、淬火、回火) )喷丸喷丸校直校直螺纹螺纹回火回火磨轴颈磨轴颈配对。配对。后桥齿轮的选材后桥齿轮的选材：后桥齿轮选用：后桥齿轮选用20MnVBH20MnVBH钢。钢。 后桥齿轮的技术要求后桥齿轮的技术要求：齿轮在几何尺寸满足图纸要求：齿轮在几何尺寸满足图纸要求外，内在质量要求为外，内在质量要求为: :渗碳层深度为渗碳层深度为1.50-1 .90 mm1.50-1 .90 mm，碳化物小于等于碳化物小于等于6

32、 6级，残余奥氏体，马氏体小于等于级，残余奥氏体，马氏体小于等于5 5级，心部铁素体小于等于级，心部铁素体小于等于5 5级。表面硬度级。表面硬度:58-63HRC:58-63HRC，心部硬度心部硬度:33-48HRC:33-48HRC，螺纹区硬度小于等于，螺纹区硬度小于等于35HRC35HRC。第二步：后桥齿轮失效的图片和失效特征分析：第二步：后桥齿轮失效的图片和失效特征分析：图一轮齿根部疲劳裂纹的产生和发展图一轮齿根部疲劳裂纹的产生和发展 图二主动齿轮小端轴承档圈破坏图二主动齿轮小端轴承档圈破坏图三齿面碾击塑变的特征图三齿面碾击塑变的特征 图四过载失效的齿面组织特征图四过载失效的齿面组织特征

33、图五脱帽状渗层压溃及齿顶裂纹图五脱帽状渗层压溃及齿顶裂纹6322 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析3.疲劳断口宏观形貌特征疲劳断口宏观形貌特征64各类疲劳断口宏观特征各类疲劳断口宏观特征6522 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析4.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法提高汽车零件抗疲劳断裂的方法1）延缓疲劳裂纹萌生时间）延缓疲劳裂纹萌生时间 强化金属表面（滚压、喷丸）强化金属表面（滚压、喷丸） 细化材料晶粒（采用热处理方法使晶粒定向排列）细化材料晶粒（采用热处理方法使晶粒定向排列）2）降低疲劳裂纹扩展的速率）降低疲劳裂纹扩展的速率 止裂孔法止裂孔法 扩孔清除法扩孔清除法 刮磨修理法刮磨

34、修理法3)提高疲劳裂纹门槛值提高疲劳裂纹门槛值k长度长度6622 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析五、汽车零件变形五、汽车零件变形定义：零件在外力或内部应力作用下，尺寸和形状改变的定义：零件在外力或内部应力作用下，尺寸和形状改变的现象称为零件的变形。现象称为零件的变形。1.类型：分三种类型：分三种1）弹性变形失效）弹性变形失效：在外力作用下，变形超过许用值而破：在外力作用下，变形超过许用值而破坏位置精度现象称为弹性变形失效，遵循虎克定律。坏位置精度现象称为弹性变形失效，遵循虎克定律。2）塑性变形失效）塑性变形失效：工作应力超过材料的屈服（极限）强：工作应力超过材料的屈服（极限）强度而产

35、生的变形，称为塑性变形失效。度而产生的变形，称为塑性变形失效。(经典的强度设计经典的强度设计)3）蠕变变形失效）蠕变变形失效：在一定应力（或载何）作用下，随时间：在一定应力（或载何）作用下，随时间延长变形不断增加的现象，儒变延长变形不断增加的现象，儒变渐变过程。渐变过程。6722 汽车零部件的失效分析汽车零部件的失效分析五、汽车零件变形五、汽车零件变形1.类型：分三种类型：分三种1）弹性变形失效：）弹性变形失效：2）塑性变形失效：）塑性变形失效：3）蠕变变形失效：）蠕变变形失效：2.影响因素影响因素 1）内应力、残余内应力）内应力、残余内应力 2）工作温度、修理和装配精度）工作温度、修理和装配

36、精度 3）材料、结构、工艺）材料、结构、工艺23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法失效分析失效分析 也称故障分析也称故障分析,是研究零部件的磨损、断裂、腐蚀、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。原因的一门新的综合性学科。一、失效分析的基本思路一、失效分析的基本思路 失效分析的思路失效分析的思路 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，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。

37、由于零件的工作条件、失效模式和提出改进措施。由于零件的工作条件、失效模式和失效机理各不相同，其失效分析的思路也不尽相同，失效机理各不相同，其失效分析的思路也不尽相同，现将其归纳为下图所示的几种类型。现将其归纳为下图所示的几种类型。失效模式按检验项目分析按失效模式分析系统工程分析法失失效效抗抗力力分分析析工工作作条条件件的的分分析析断断口口分分析析失效失效模式模式影响影响及其及其后果后果分析分析失失效效树树分分析析特特征征因因素素图图分分析析功功能能失失效效分分析析变变形形失失效效分分析析断断裂裂失失效效分分析析表表面面损损伤伤失失效效分分析析裂裂纹纹失失效效分分析析一一.失效分析的基本思路失效

38、分析的基本思路按分析检验项目进行失效分析按分析检验项目进行失效分析按失效模式进行分析按失效模式进行分析系统工程分析方法系统工程分析方法）故障）故障(失效失效)树分析法树分析法）特征因素图分析法）特征因素图分析法）摩擦学系统失效分析法）摩擦学系统失效分析法23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法 按失效检验项目的分析思路主要用于零按失效检验项目的分析思路主要用于零件的失效分析，按失效模式和系统工程的件的失效分析，按失效模式和系统工程的分析思路大多用于系统的失效分析。分析思路大多用于系统的失效分析。23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法一、失效分析的基本思路一、失效分析的基本

39、思路 零件的失效是由于工作应力大于失效抗力零件的失效是由于工作应力大于失效抗力时所造成的。因此应当首先从零件的受力状态、时所造成的。因此应当首先从零件的受力状态、环境介质、温度等去考虑失效原因。环境介质、温度等去考虑失效原因。1.按分析检验项目进行失效分析按分析检验项目进行失效分析 例如承受交变应力的，多表现为疲劳断裂。若此例如承受交变应力的，多表现为疲劳断裂。若此时有介质存在，则可能是腐蚀疲劳；处于高温环境多时有介质存在，则可能是腐蚀疲劳；处于高温环境多为高温疲劳。不同的工作条件要求具有不同的失效抗为高温疲劳。不同的工作条件要求具有不同的失效抗力指标，而材料的失效抗力指标则主要取决于材料的力

40、指标，而材料的失效抗力指标则主要取决于材料的成分、组织和状态。根据资料和现场调查就可以确定成分、组织和状态。根据资料和现场调查就可以确定主要的分析项目。例如疲劳破坏，则可以从测试材料主要的分析项目。例如疲劳破坏，则可以从测试材料的屈服极限的屈服极限-1、疲劳裂纹扩展速率以及疲劳裂纹扩、疲劳裂纹扩展速率以及疲劳裂纹扩展门槛值等项目入手，找出失效原因。对零件失效分展门槛值等项目入手，找出失效原因。对零件失效分析的基本思路见图。图中实线箭头表示分析思路的主析的基本思路见图。图中实线箭头表示分析思路的主干，虚线箭头表示必要时应附加的内容。干，虚线箭头表示必要时应附加的内容。23 汽车零部件失效分析方法

41、汽车零部件失效分析方法一、失效分析的基本思路一、失效分析的基本思路1.按分析检验项目进行失效分析按分析检验项目进行失效分析零件的工作条件零件的工作条件零件的失效分析零件的失效分析主要的失效抗力指标主要的失效抗力指标主要失效抗力指标与主要失效抗力指标与成分、组织、状态的关系成分、组织、状态的关系提高失效抗力指标途径提高失效抗力指标途径结构改进材料工艺材料工艺变革变革力学分析计算力学分析计算实验应力分析实验应力分析23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法零件的失效分析图零件的失效分析图 下表是典型汽车零件的工作条件、常见的失效下表是典型汽车零件的工作条件、常见的失效方式及主要的失效抗力指

42、标。方式及主要的失效抗力指标。23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法 23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法 23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法 2.按失效模式进行分析按失效模式进行分析 失效模式失效模式是一种或几种物理或化学过程所产是一种或几种物理或化学过程所产生的效应生的效应，导致零件在尺寸、形状、状态或性能，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。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。不同的物理或化学过程对应着不同的失效模式。根据零件根据零件 的残骸（断口、磨屑等）

43、的有关失效的残骸（断口、磨屑等）的有关失效过程信息，首先判断失效模式，进行推断失效的过程信息，首先判断失效模式，进行推断失效的根本原因。根本原因。23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法 判断失效模式时，首先从外部诱发因素和后判断失效模式时，首先从外部诱发因素和后果（即失效的表现形式）入手，就可能得到已知果（即失效的表现形式）入手，就可能得到已知条件，即研究的出发点，而内在因素和过程本身条件，即研究的出发点，而内在因素和过程本身则是需要探索的内容。则是需要探索的内容。 汽车零件汽车零件主要的失效模式主要的失效模式见本章见本章第二节第二节表表2-123 汽车零部件失效分析方法汽车零部件

44、失效分析方法 3.系统工程分析方法系统工程分析方法系统工程分析方法，就是把一个设备、装系统工程分析方法，就是把一个设备、装置或结构组成一个系统，采用数学方法或电子置或结构组成一个系统，采用数学方法或电子计算机等现代化工具，研究计算机等现代化工具，研究系统故障率的系统故障率的原因原因与结果之间的逻辑关系，对系统构成要素、组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、最优控制和造、维护等，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的。最优管理的目的。23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析

45、方法3.系统工程分析方法系统工程分析方法 因此，系统工程分析方法，不仅是在事故发因此，系统工程分析方法，不仅是在事故发生后才采用的一种善后处理方法，而且可在事生后才采用的一种善后处理方法，而且可在事故发生前就采取必要的防范措施，避免事故的故发生前就采取必要的防范措施，避免事故的发生。发生。 用系统工程分析的方法有故障（失效）树分用系统工程分析的方法有故障（失效）树分析法（析法（FTA）、特征因素图分析法以及摩擦学）、特征因素图分析法以及摩擦学系统分析法等。系统分析法等。23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法1）故障（失效）树分析法）故障（失效）树分析法故障树分析法故障树分析法是把故

46、障作为一种事件，按是把故障作为一种事件，按其故障原因进行逻辑分析，绘出树枝样图形，其故障原因进行逻辑分析，绘出树枝样图形，对故障发生的机理进行定性分析。此外，还可对故障发生的机理进行定性分析。此外，还可以根据树枝图中影响故障发生因素的出现以根据树枝图中影响故障发生因素的出现概率概率，定量地预测出故障发生的可能性（即故障发生定量地预测出故障发生的可能性（即故障发生的概率）。失效树分析法简便、直观，可以一的概率）。失效树分析法简便、直观，可以一目了然的看出事件的原因与形成过程，能发现目了然的看出事件的原因与形成过程，能发现潜在的问题，有利于防患未然和预报故障。潜在的问题，有利于防患未然和预报故障。

47、23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法2）特征因素图分析法）特征因素图分析法特征因素特征因素就是将已表现出来的失效或异常就是将已表现出来的失效或异常现象（即特征），和引起这些特征的因素用现象（即特征），和引起这些特征的因素用“鱼骨鱼骨”形把它们联系起来，通过分析从而找形把它们联系起来，通过分析从而找出造成这些特征的直接原因。出造成这些特征的直接原因。 特征因素图的结构如图所示。把确定特征因素图的结构如图所示。把确定“特特征征”（即失效或异常现象）作为脊骨，用水平（即失效或异常现象）作为脊骨，用水平粗箭头画出，再把认为是导致失效的原因从大粗箭头画出，再把认为是导致失效的原因从大的方面

48、分成几类，当作的方面分成几类，当作“大骨大骨”的用斜箭头分的用斜箭头分别与别与“脊骨脊骨”相衔接。大骨数目以相衔接。大骨数目以4-8个为宜。个为宜。然后然后23 汽车零部件失效分析方法汽车零部件失效分析方法 针对每个大骨考虑可能成为引起失效的原因针对每个大骨考虑可能成为引起失效的原因作为作为“中骨中骨”，用箭头与，用箭头与“大骨大骨”相衔接。再相衔接。再进一步针对每个进一步针对每个“中骨中骨”把认为可能成为失效把认为可能成为失效原因的各种因素作为小骨用箭头与中骨衔接。原因的各种因素作为小骨用箭头与中骨衔接。这种图类似鱼骨状，也称这种图类似鱼骨状，也称鱼骨图鱼骨图。 进行失效分析时必须充分掌握设计、材料、进行失效分析时必须充分掌握设计、材料、加工制造、零件实际运行状态（包括维修、操加工制造、零件实际运行状态（包括维修、操作）、环境因素影响等各方面的原始资料，以作）、环境因素影响等各方面的原始资料，以及分析的实验