汽车零部件失效概述

1、汽车维修工程第二章 汽车零部件的失效理论本章重点: 了解汽车零件失效类型和原因 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律 了解汽车零件的疲劳断裂失效和汽车零件的腐蚀失效 熟悉汽车零件的变形失效形式和机理 掌握汽车零部件失效的综合分析的方法 第一节 汽车零部件失效概述产品失效规定条件下、时间内，不能完成规定效能的现象，也称为故障。 失效不可修复产品；汽车零件的失效汽车运行中，零部件逐渐丧失原有性能或所要求的性能，引起技术状况变差，至不能履行规定功能。 故障可修复产品汽车零部件使用中技术状况的变化不可避免研究汽车零部件至总成的失效原因及规律，掌握汽车技术状况的理论基础的必要性了解

2、汽车零件恶化针对零件失效的原因采取措施能防止零件早期损坏控制汽车的技术状况使其处规定水平第一节 汽车零部件失效概述汽车零部件的失效（故障）造成的各方面的损失 用户方面：影响客货运任务、人身伤亡、损 毁车辆 、损毁车辆 、用户厌烦埋怨不愉快 社会方面：不良影响 、公务用车政治影响、运输企业服务信誉、经济损失、人身伤亡事故、交通堵塞等 汽车制造厂商方面：赔偿用户的损失 、产品的市场信誉下降、工厂经济效益下降 、生产效率下降 第一节 汽车零部件失效概述汽车零件的主要失效形式 ： 过量变形 表面损伤 断裂事故 根据失效的原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生时间及失效产生的后果，可将失效进行不同的分

3、类。 第一节 汽车零部件失效概述分类原则故障名称定义按失效原因误用失效不按规定的条件使用产品而引起的失效本质失效按规定的条件使用产品，由产品固有的弱点引起的失效独立失效不是由其他产品失效引起的失效从属失效由其他产品失效引起的失效按失效程度完全失效产品的性能超过某种界限，以致完全丧失规定功能的失效部分失效产品的性能超过某种界限，但没有完全丧失规定功能的失效按失效可否预测突然失效通过事前检测或监控不能预测到的失效渐变失效通过事前或监控可以检测到的失效按失效发生速度突变失效部分发生完全失效退化失效渐变而部分发生失效间歇失效产品失效后，不经修复而在限定的时间里，能自行恢复功能的失效失效的分类及定义 分

4、类原则故障名称定义按失效危害程度致命失效可能导致人或物的重大损失的失效严重失效可能导致复杂产品降低完成规定功能能力的产品组成单元的失效轻度失效不致引起复杂产品降低完成规定功能能力的产品组成单元的失效按失效特征值相关失效在解释使用结果或计算可靠性特征量的数值时，必须计入的失效无关失效在解释使用结果或计算可靠性特征量的数值时，不应计入的失效按产品工作期早期失效因设计、制造、材料等方面的缺陷，使产品在工作初期发生的失效偶然失效产品在使用中，由偶然因素发生的失效耗损失效由于老化、磨损、耗损、疲劳等原因，使产品发生的失效失效的分类及定义 汽车零件主要的失效模式: 磨损 变形 疲劳损坏 热损坏和老化 腐蚀

5、损坏 气缸 “拉缸” 、曲轴“抱轴”，齿轮轴承表面的麻点、凹坑曲轴的弯曲、扭曲，气缸体、变速器壳体、驱动桥壳变形曲轴断裂、齿轮轮齿折断 橡胶轮胎、塑料器件的老化 湿式气缸套外壁麻点、孔穴 第一节 汽车零部件失效概述失效模式表现形式诱发因素损坏型失效模式裂痕、裂纹、破裂、断裂、破碎、开裂、弯坏、扭坏、变形过大、塑性变形、卡死、烤蚀、点蚀、烧蚀、击穿、蠕变、剥落、 短路、开路、断路、错位、压痕等应力冲击、电冲击、疲劳、磨损、 材质问题、腐蚀退化型失效模式老化、变色、变质、表面保护层剥落、侵蚀、腐蚀、正常磨损、 积碳、发卡等自然磨损、老化及环境诱发松脱型失效模式松矿、松动、脱落、脱焊等紧固件、焊接件

6、出现问题失调型失效模式间隙不适、流量不当、压力不当、电压不符、电流偏值、行程失 调、间隙过大或过小等油、气、电及机械间隙调整不当阻漏型失效模式不畅、堵塞、气阻、漏油、漏气、漏风、漏电、漏雨、渗水、渗 油等漏气漏油装置失效、密封件失效、 气候环境功能型失效功能失效、性能不稳、性能下降、性能失效、启动困难、干涉、卡滞、转向过度、转向沉重、转向不回位、离合器分离不彻底、离合器分不开、制动跑偏、流动不畅、指示失灵、参数输出不准、失调、抖动、漂移、接触不良、公害超标、异响、过热等有关部分调整不当、操作不当、局部变形、装配问题、设计参数不合 理、元器件质量低劣等其他失效模式润滑不良、驾驶室闷热、尾气排放超

7、标、断水、缺油、噪声振动 大使用、维护、保养不当，工作状态失调，传感器失灵，各种原因泄露 汽车常见失效模式及分类 汽车零件的失效原因 汽车零件的失效原因 2使用条件对汽车零件技术状况的影响 1汽车零件的耗损 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，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。 汽车零件的失效原因 汽车零件的失效原因 （1）道路条件的影响。 （2）运行条件的影响。 （3）气候条件的影响 （4）维修水平的影响。第一节 汽车零部件

8、失效概述使用条件对汽车零件技术状况的影响 （1）道路条件 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。第一节 汽车零部件失效概述（2）运行条件 主要指交通流量对汽车零件运行工况的影响 。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将大大加剧。汽车零件的失效原因 （3）气候条件的影响 故障率最低的环境气象温度 1）环境温度的影响。 汽车零件

9、的失效原因 （3）气候条件的影响 气缸磨损最小的冷却液温度 1）环境温度的影响。 汽车零件的失效原因 （3）气候条件的影响 湿度大，加速零件的腐蚀。湿度低、气候干燥、道路灰尘多，磨损增加。汽车静止不动，风速为1012m/s时，汽车主要总成的润滑油、专用液的冷却速度较无风时加快1.52倍。 2）环境湿度和风速的影响。（4）维修水平的影响。我国的大修发动机耐久性普遍较差，在其主要影响因素中，维修水平低、维修设备落后和维修质量差的约占40。因此，当务之急是提高维修人员素质和水平。 第二节 汽车零部件的磨损失效1.汽车零件的摩擦：定义：两物体相对运动，接触表面间产生运动阻力的现象 。摩擦的存在 动力消

10、耗增加 零件接触表面磨损 采用润滑油润滑减轻磨损 分类： 干摩擦 摩擦表面无任何润滑介质隔开气缸壁上部与活塞环 轴颈与轴承在工作过程中受冲击载荷作用 第二节 汽车零部件的磨损失效 液体摩擦 边界摩擦 混合摩擦 摩擦表面润滑油完全隔开 。1.52.0m的润滑油膜 摩擦表面极薄的边界膜隔开 。油膜厚度在0.lm以下 干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在 实际工作状态中，零件通常都是在混合摩擦状态下工作的。汽车上大部分相对运动的部位都是在液体摩擦状态下进行的（如：曲轴和轴承）。 气缸壁与活塞环 曲轴轴颈与轴承 第二节 汽车零部件的磨损失效油楔部位产生一个使曲轴抬起的流体动压力，推动曲轴上移 2.汽车零

11、件的磨损 定义：零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失 有害：形状尺寸表面性质变化 工作性能降低摩擦原理分类 ： 粘着磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损有益：磨合第二节 汽车零部件的磨损失效 磨料磨损第二节 汽车零部件的磨损失效磨料磨损摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损，称为磨料磨损。磨料磨损包括：第一种情况是粗糙的金属表面相对较软的金属表面滑动时的磨损；第二种情况是硬金属对软金属摩擦表面有游离硬磨料引起的磨损。在各类磨损形式中，它大约占总数的50。第二节 汽车零部件的磨损失效磨料磨损机理（1）微量切削为主的假说两个过程：首先是塑性挤压，形成擦痕；其次是切削金属，形成磨屑。在摩擦过程中，大部分磨料在

12、金属表面上只留下两侧凸起的擦痕，小部分磨料，也就是那些棱面在有利位置的磨料将切削金属，形成切屑。第二节 汽车零部件的磨损失效（2）疲劳破坏为主的假说金属同磨料摩擦时，主要的磨损原因并不是由于磨料切下磨屑，而是金属的同一显微体的多次塑性变形结果导致发生金属疲劳破坏，小颗粒从表层脱落下来（3）压痕为主的假说对于塑性较大的材料磨损进行分析的结果，即当磨料在压力的作用下压入材料表面并移动时，压入的磨料犁耕金属表面，形成沟槽。使金属表面受到严重的塑性变形，压痕两侧金属已经受到破坏，其他磨料也很容易使其脱落。第二节 汽车零部件的磨损失效第二节 汽车零部件的磨损失效磨削脱落下来的微粒用显微镜观察呈螺旋状环状

13、卷曲状第二节 汽车零部件的磨损失效磨料磨损的影响因素（1）金属材料硬度金属硬度越高，耐磨性越好。1）纯金属，其抗磨料磨损的相对耐磨性与它们的自然硬度成正比，如图2-16a所示。2）经过热处理的钢，其耐磨性随硬度的增加而增加，如图2-16b所示。3）钢中含碳量及碳化物生成元素含量越高，其相对耐磨性越高，如图2-16b所示。 第二节 汽车零部件的磨损失效（2）材料断裂韧性、耐磨性和硬度在区域，断裂韧性低，材料的磨损主要由断裂磨损机理控制。提高断裂韧性，耐磨性增加；提高硬度则耐磨性下降。在区域，耐磨性最好，在此区域，两种机理共同作用，材料的硬度和断裂韧性的配合最佳。在区域，材料的断裂韧性高，显微切削

14、机理起主要作用，可用提高硬度的办法提高耐磨性。第二节 汽车零部件的磨损失效（3）磨料硬度金属表面硬度Hm比磨粒硬度Ha当HmHa0.8时，耐磨性将迅速提高，这种磨损状况称“软磨料磨损”当HmHa0.8时的磨损称为“硬磨料磨损”，磨损将比较严重。HmHa1时，磨损才不明显。Hm1.3Ha时耐磨性为最佳。如果继续提高材料的硬度，则耐磨效果不显著。第二节 汽车零部件的磨损失效（4）磨料粒度金属的磨损随磨料尺寸的增大而增加磨料尺寸达到某一临界时，磨损与磨料的尺寸无关，磨损保持恒定不变。第二节 汽车零部件的磨损失效粘着磨损摩擦副相对运动时，由于固相焊合，接触表面的材料从一个表面移到另一个表面的现象第二节

15、 汽车零部件的磨损失效粘着磨损的主要影响因素（1）材料特性1）脆性材料比塑性材料的抗粘着能力强。2）互溶性大的材料所组成的摩擦副，粘着倾向大。3）多相金属比单相金属粘着倾向小，金属与非金属材料（石墨、塑料等）组成的摩擦副比金属组成的摩擦副的粘着倾向小。4）元素周期表中B族元素与铁不相溶或能形成化合物，铁与B族元素的粘着倾向小。第二节 汽车零部件的磨损失效（2）压力粘着磨损量一般随压力增大到某一临界值后急剧增加当负载超过材料硬度的1/3时，磨损量增加，严重时咬死。第二节 汽车零部件的磨损失效（3）滑动速度粘着磨损量随滑动速度的增加而增加，达到某一极大值后，又随滑动速度的增大而减小第二节 汽车零部

16、件的磨损失效当滑动速度很低时，是氧化磨损，出现Fe2O3的磨屑，磨损量很小；随着速度于增大，氧化膜破裂，金属直接接触，转化为粘着磨损，磨损量显著增大；滑动速度有升高，摩擦温度上升，有利于氧化膜形成，又转化为氧化磨损，磨损量又减小；如滑动速度再增大，将再次转化为粘着磨损，磨损量又开始增加。第二节 汽车零部件的磨损失效（4）温度温度升高到一定程度将加剧粘着磨损的产生。表层温度特性对摩擦表面的相互作用和破坏影响很大。当表面温度达到临界值（约80）时，摩擦量和摩擦因数都急剧上升。（5）表面粗糙度摩擦表面粗糙度愈低，则抗粘着磨损能力愈强（6）润滑润滑状态对粘着磨损值影响比较大，边界润滑时粘着磨损值大于流

17、体动压润滑疲劳磨损两接触面作滚动或滚动滑动复合摩擦时，在交变载荷作用下，零件表层产生疲劳剥落的现象（2）扩展性的表面疲劳磨损两接触面上的交变压力较大时，产生小麻点。小麻点就会发展成痘状凹坑使机件失效。（1）非扩展性的表面疲劳磨损接触点较少，产生小麻点的现象随着接触的扩大，小麻点停止扩大。机件可继续正常工作表面疲劳磨损分为非扩展性和扩展性两类疲劳磨损的机理两个阶段：首先是疲劳核心裂纹的形成；其次是疲劳裂纹的扩展，直至材料微粒的脱落。（1）最大切应力理论在纯滚动时最大压应力发生在表面上最大切应力则发生在表面下一定距离，即次表层内裂纹起源于次表面有缺陷，就产生塑性变形，产生疲劳裂纹，裂纹沿着最大切应

18、力方向发展，直至形成磨损微粒而脱落。磨屑形状多呈扇形， “痘斑”状点坑（2）油楔理论当有润滑油时，润滑油挤入裂纹中，在裂纹尖端处形成油楔如果滚动方向和裂纹开口方向一致，则滚动体接触到裂口处，将把裂口封住。润滑油使裂纹的两壁承受很大压力，从而使裂纹扩展。（3）硬化过渡层破坏理论经表面强化处理（渗碳、淬火等）的零件其接触疲劳裂纹往往并不是起源于最大剪切应力处，而是在表面硬化层与心部交界的过渡层，即裂纹起源于硬化层和心部过渡层。裂纹起源于硬化层与芯部过渡区裂纹先沿平行于表面的方向扩展到一定长度后，再沿垂直或倾斜接触表面的方向向外扩展先是小的麻点剥落，然后是大块剥落（1）材料 疲劳磨损的影响因素在一定

19、硬度范围内，各种金属材料随硬度的提高，接触疲劳强度也相应提高当表面硬度为HRC62时，抗疲劳磨损能力最大。随硬度的增加或降低，寿命均有较大的下降（2）润滑油黏度润滑油的黏度愈高，接触部分的压力愈接近平均分布，抗疲劳磨损的能力就愈高润滑油的黏度愈低，愈易渗入裂纹中，加速裂纹扩展，降低寿命（3）表面粗糙度降低表面粗糙度，会相应提高抗疲劳磨损能力（4）装配精保证装配精度，避免出现早期麻点。减少表面疲劳磨损的措施凡能够阻止裂纹形成和扩展的因素，都是防止和减少表面疲劳磨损的措施1）选用合适的材料及其性能；2）减少材料中的非金属夹杂物；3）提高材料的抗疲劳磨损强度；4）提高材料的表面质量，合理选择表面粗糙

20、度；5）选用较高黏度的润滑油；6）保证形状正确的装配精度。腐蚀磨损汽车上约20的零件因腐蚀而失效在摩擦过程中，零件摩擦表面由于外部介质的作用，产生化学或电化学的反应而引起的磨损腐蚀磨损的特点是摩擦和腐蚀同时存在腐蚀磨损的特点是摩擦和腐蚀同时存在腐蚀将使材料变质，摩擦使腐蚀层很快磨去而暴露出新的材料表面，新表面又会被腐蚀，腐蚀层又会磨去，因此不断地腐蚀和磨损，导致零件加快损坏。氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损和微动腐蚀磨损氧化磨损在摩擦的过程中，摩擦副表层形成的氧化膜不断被形成又被磨去的反复过程中造成的零件表面金属损失的现象如曲轴轴颈、气缸、活塞环、齿轮啮合表面等其特点是在金属零件的摩擦表面上沿滑动方

21、向呈均细的磨痕氧化磨损是化学氧化和机械磨损两种作用交叉进行的结果。氧化磨损的影响因素1）滑动速度的影响。在载荷不变的条件下，氧化磨损量随滑动速度的增加而增加，达到某一极大值后，又随滑动速度的增大而减小2）载荷的影响当滑动速度保持一定时，载荷小，产生氧化磨损，随着载荷的增加，磨损由氧化磨损转变为粘着磨损3）氧化膜硬度的影响若氧化膜硬度值大于基体金属硬度值，则氧化膜容易破碎，产生磨损若氧化膜硬度值和基体金属硬度值相当，则在小载荷引起小变形时，氧化膜和基体金属同时变形，氧化磨损小些，在变形量大时，则氧化膜容易破碎，产生相应的磨损量若氧化膜硬度值和基体金属硬度值都很高，则载荷引起的变形小，氧化膜不易破

22、碎，此时耐磨性好4）介质含氧量的影响零件金属在还原性气体、惰性气体、除氧介质中，其磨损量都比在空气中大。这是因为零件金属在空气中所形成的氧化膜强度高，与基体金属结合牢固的缘故5）润滑状态的影响充分有效的润滑除起到减磨作用外，又可以隔绝摩擦表面金属与氧直接接触，使氧化膜的生成速度减缓，还可以有效避免严重的粘着磨损特殊介质腐蚀磨损在零件配合副中，存在着酸、碱、盐等腐蚀介质，表面的金属将与腐蚀介质发生各种化学反应而生成各种化合物反应膜，在摩擦过程中不断被磨去，同时又磨损的过程特殊介质腐蚀磨损的影响因素1）腐蚀介质性质和温度介质的腐蚀性越强，温度越高，则磨损速度越大温度高于一定值时，腐蚀磨损急剧增大钢

23、的腐蚀磨损率随介质的腐蚀性增大而增大2）合金元素的影响含有镍铬钛等合金元素的金属在特殊介质作用下，易形成化学结合力较高、结构致密的钝化膜，从而减轻腐蚀磨损3）抗腐蚀磨损能力的影响含有铜、铅等元素，容易被润滑油中的酸性物质腐蚀，在轴承表面生成黑点，逐渐扩展成海绵状空洞，并在摩擦过程中成小块剥落。微动腐蚀磨损零件过盈配合表面在交变载荷或小振幅振动（小于100 ，一般为220 ）作用下引起表面复合磨损而出现材料损失的现象微动磨损发生在相对静止的配合副上，如键连接处、螺栓连接处、过盈配合的轮和轴等处微动腐蚀磨损的机理虽然零件的过盈配合表面没有宏观的相对位移，但在工作过程中，在交变载荷或振动的作用下，会

24、使其产生微小相对滑动，使零件表面接触点的氧化膜因受剪切而脱落，造成零件的氧化腐蚀磨损微动腐蚀磨损的磨损绝对量很小，但危害很大不仅破坏配合精度，使过盈配合的零部件松动，还可能引起应力集中，使配合件断裂。影响微动磨损的因素1）材料性能的影响抗粘着磨损性能好的材料有良好的抗微动腐蚀磨损的性能。提高硬度可以降低微动腐蚀磨损表面粗糙度与微动腐蚀磨损无关。2）温度的影响中碳钢的微动腐蚀磨损在临界温度130时发生转折，超过此临界温度后，磨损大幅度降低；对于低碳钢，在温度低于0时，温度越低，磨损量越大，在0以上，磨损率随温度上升而逐渐降低4）载荷的影响随载荷的增加而增加微动腐蚀磨损量随载荷的增加而增加当超过一定载荷后，磨损量随着载荷的增加而减少5）振动频率和振幅的影响磨损量与零件振动总次数成比例增加，且随振幅增大而增大磨损量随振动频率的增加而减小振幅超过50-150 时，磨损率均显著上升6）相对湿度的影响微动腐蚀磨损量一般随相对湿度的增加而下降7)润滑油的影响适当的润滑可以有效地改善抗微动腐蚀磨损的能力汽车零件磨损规律 汽车零件磨损特性曲线 磨合期（oa段） 正常工作期（ab段） 极限磨合期（曲线b点以后） 零件磨