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1、第二篇汽車維修基礎第5章汽車零部件失效理論,要點:1、汽車零部件失效的概念、分類及原因2、汽車零部件失效機理、特征及規(guī)律3、了解汽車技術狀況的定義及變化規(guī)律,5-1汽車失效規(guī)律,技術狀況參數(shù)：評價汽車使用性能的物理量和化學量。如發(fā)動機的輸出功率、轉矩、油耗、排放，汽車噪聲和踏板自由行程等。,一、汽車技術狀況,1.汽車技術狀況概述汽車技術狀況是指能夠定量測得的、表征某一時刻汽車外觀和性能的參數(shù)值的總和。,表征汽車技術狀況的參數(shù),結構參數(shù)：表征汽車結構的各種特性的物理量。如幾何尺寸、聲學、電學和熱學參數(shù)等。,汽車技術狀況的表述,汽車完好技術狀況指汽車完全符合技術文件規(guī)定要求的狀況，即汽車技術狀況的

2、各種參數(shù)值都符合技術文件的規(guī)定。,汽車不良技術狀況指汽車不符合技術文件中規(guī)定的任一要求的狀況。處于不良技術狀況的汽車有以下幾種可能：,主要使用性能指標不符合技術文件的規(guī)定；,主要使用性能指標完全符合技術文件的規(guī)定，僅外觀、外形及其他次要性能參數(shù)值不符合技術文件的規(guī)定，且不影響汽車完全發(fā)揮自身的功能。,2.汽車的工作能力與汽車故障,汽車的工作能力汽車按技術文件規(guī)定的使用性能指標，執(zhí)行規(guī)定功能的能力，稱為汽車的工作能力。,汽車故障汽車故障是指汽車部分或完全喪失工作能力的現(xiàn)象。只要汽車的工作能力遭到破壞，汽車就處于故障狀態(tài)。如汽車的油耗或排放超出了技術文件的規(guī)定，汽車雖然仍可繼續(xù)行使，但它是處于故障

3、狀態(tài)的。,3.汽車技術狀況變化的外觀特征,1）汽車動力性變差。（功率、加速時間）,2）汽車燃料消耗量和潤滑油消耗量顯著增加。,3）汽車制動性能變差。,4）汽車操縱穩(wěn)定性能變差。,5）汽車排放和噪聲超限。,6）汽車在行使中出現(xiàn)異響和異常振動，存在著引起交通事故或機械事故的隱患。,7）汽車的可靠性變差，使汽車因故障停駛的時間增加。,二、汽車零部件失效規(guī)律,1.失效的概念,失效汽車零部件失去原設計規(guī)定的功能成為失效。失效不僅是指完全喪失原定功能，而且還包含功能降低和有嚴重損傷或隱患，繼續(xù)使用會失去可靠性和安全性的零部件。,失效模式是指失效件的宏觀特征。,失效機理導致零部件失效的物理、化學或機械的變化

4、原因。,2.汽車技術狀況的變化類型漸進型汽車技術狀況的參數(shù)是隨行使里程或時間作單調變化的，可用一定的回歸函數(shù)式表示其變化律。對于漸進性故障，原則上可通過及時的維修來防止故障的發(fā)生；同時，還可以通過其變化規(guī)律來預測故障的發(fā)生和對汽車進行不解體檢測。汽車零部件的磨損、間隙變化和機油消耗量以及潤滑油中雜質的含量都按這一規(guī)律變化。,突發(fā)型汽車技術狀況的變化過程是隨機的，沒有確定的形式，無規(guī)律可循，即汽車的總成或部件達到極限狀態(tài)時間是隨機的、偶發(fā)的。一般受汽車的使用條件、操作水平、零件材料的不均勻性及隱傷和缺陷等隨機因素所影響。如車架、曲軸、轉向節(jié)指軸的疲勞斷裂，就會在瞬間使汽車喪失工作能力，而與進入故

5、障的概率和汽車過去的工作狀況無關。,三、汽車失效的原因,（1）設計制造：設計不合理、制造工藝不當、材料選擇不當、加工及配合精度不夠等；,（2）使用與維修：超載、超速、潤滑效果不良、濾清效果不好、違反操作規(guī)程等；零件清潔度不夠、裝配不良、零件修復工藝不當?shù)取?（3）工作條件：1）道路條件的影響路面的平整度；2）運行條件的影響交通流量；3）運輸條件的影響作業(yè)性質；4）氣候條件的影響環(huán)境溫度、濕度和風速。,（4）零件耗損：磨損、變形、疲勞斷裂、腐蝕、老化。,5-2汽車零部件失效分析,汽車零部件的失效分析，是研究汽車零部件喪失規(guī)定功能的原因、特征和規(guī)律，其目的是提高汽車的可靠性和使用壽命。,磨損：磨料

6、磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動磨損；,老化：龜裂、變硬。,一、汽車零部件失效類型,變形：彈性變形和塑性變形；,疲勞斷裂：高應力低周疲勞、低應力高周疲勞、腐蝕疲勞、熱疲勞；,腐蝕：化學腐蝕、電化學腐蝕、穴蝕；,二、汽車零件摩擦基礎知識,1.概念兩物體之間相互運動，使其接觸表面產(chǎn)生運動阻力的現(xiàn)象稱為摩擦。,2.分類按零件表面潤滑狀態(tài)的不同，摩擦可分為以下四種類型。,固體摩擦（干摩擦）,摩擦副之間完全沒有潤滑介質時的摩擦。處于干摩擦狀態(tài)下的摩擦副表面會產(chǎn)生較大的運動阻力，使零件表面急劇磨損；所以，汽車上除了有意加以利用的特殊場合外，一般不希望發(fā)生干摩擦。,汽車上離合器、制動器的摩擦副屬于干

7、摩擦；氣缸壁上部與活塞環(huán)之間以干摩擦和邊界摩擦為主；曲軸軸徑和軸承之間，在工作過程中受沖擊載荷作用時會出現(xiàn)干摩擦。,流體摩擦（液體摩擦）,相對運動的摩擦副表面不直接接觸，而是被一層厚度為1.52.0m的潤滑油膜完全隔開的摩擦。處于流體摩擦狀態(tài)下的摩擦副，其摩擦阻力很小（k=0.0010.008），因此零件的磨損也非常輕微。汽車上大部分摩擦副在正常狀態(tài)下都處于流體摩擦。,邊界摩擦,在邊界摩擦狀態(tài)下，由于摩擦副表面之間的油膜厚度很小，在工作中受沖擊載荷和高溫等作用很容易被破壞，所以不如流體摩擦可靠。,相對運動的摩擦副表面之間被一層極薄的（通常只有幾個分子直徑，1個分子直徑=10-10m）、具有特殊

8、性質的潤滑油膜所隔開的摩擦。當流體摩擦的潤滑油膜形成的條件不斷惡化時（如潤滑油粘度、摩擦副表面相對運動速度持續(xù)降低或外載荷不斷增大），流體摩擦將逐漸演變?yōu)檫吔缒Σ痢?兩摩擦副表面之間同時存在干摩擦、流體摩擦和邊界摩擦的摩擦。,混合摩擦,把零件的摩擦分為干摩擦、流體摩擦和邊界摩擦只是為了討論問題方便而已。實際上，零件通常都是在混合摩擦狀態(tài)下工作的；各類摩擦是可以相互轉換的，其摩擦狀態(tài)隨工作條件的變化而變化。如：長時間停車后重新起動的發(fā)動機，其氣缸壁與活塞環(huán)摩擦副表面之間的摩擦。,三、汽車零件磨損,1.汽車零件磨損的概念汽車零件的磨損是指零件工作表面的物質由于相對運動而不斷耗損的現(xiàn)象。,磨損是伴隨

9、摩擦而產(chǎn)生的必然結果，磨損的發(fā)生將造成零件形狀、尺寸及表面性質的變化，使零件的工作性能逐漸降低；,磨損是個十分復雜的現(xiàn)象，它與零件的材料、形狀、硬度、表面加工質量、受力狀況、工作條件（載荷、溫度、相對運動速度、潤滑條件）等有關；,磨損失效是影響汽車零件可靠性的主要因素，汽車上大約有75的零件是由于磨損而報廢的。,2.汽車零件磨損的分類按照零件的表面破壞機理和特征可將汽車零件的磨損分為:磨料磨損粘著磨損表面疲勞磨損腐蝕磨損微動磨損,3.汽車零件磨損失效分析磨料磨損1）磨料磨損的概念物體表面與硬質顆?；蛴操|凸出物（包括硬金屬）相互摩擦引起表面材料損失的現(xiàn)象稱為磨料磨損。磨科磨損是最常見的，同時也是

10、危害最為嚴重的磨損形式。在各類磨損形式中，它大約占磨損總消耗的50。2）磨料磨損的失效機理磨料磨損機理是屬于磨料的機械作用，這種機械作用在很大程度上與磨料的性質、形狀、尺寸大小以及載荷作用下磨料與被磨表面的機械性能有關；對于汽車零件磨料磨損的失效機理，目前存在四種假說。,以微量切削為主的假說,以斷裂為主的假說,以疲勞破壞為主的假說,以壓痕為主的假說,3）磨料磨損的特點磨損劇烈,創(chuàng)造良好的潤滑條件。,4）減輕磨料磨損的措施,對于汽車零件來說，磨料磨損的發(fā)生一般處于兩種情況：,粗糙的硬表面將軟的摩擦副表面劃傷；,由于汽車工作環(huán)境所帶來的磨料以及摩擦表面脫落并在摩擦中被強化了的顆粒所產(chǎn)生的作用。,因

11、此，減輕磨料磨損的具體措施有：,汽車零件在設計上應選擇合適的耐磨材料；在制造過程中，應盡量提高零件的表面加工質量與硬度。,在使用與維修中，應設法防止外界磨料進入各總成內(nèi)部，并進行良好的維護。,避免汽車在含塵率大的土路上列隊行駛；,防止燃油、潤滑油在存儲和運輸中混入雜質；,改善“三濾”的濾清質量；,密封曲軸箱、變速器殼體、驅動橋殼體、進氣管接頭等；,加強總成裝配前的清潔工作。,粘著磨損,1）粘著磨損的概念摩擦副相對運動時，由于固相焊合作用的結果，造成接觸面金屬耗損的現(xiàn)象，稱為粘著磨損。粘著磨損是缺油或油膜被破壞后（大負荷、高溫等），發(fā)生干摩擦的結果。嚴重時會使摩擦副咬死，如“抱軸”。,2）粘著磨

12、損的失效機理,第一類粘著磨損（冷焊）,缺油或油膜被破壞,零件表面的微凸體直接接觸,接觸面積小、接觸應力大,微凸體塑性變形,冷焊粘著,粘著點剪斷,再粘著,再剪斷,零件表面材料不斷耗損。,第二類粘著磨損（熱磨損）,缺油或油膜被破壞,干摩擦,摩擦功轉化成熱量,零件表面接觸點溫度升高,接觸點軟化或熔化,粘著,剪斷,再粘著,再剪斷,零件表面材料不斷耗損。,嚴重時會造成相對運動的停止，如“抱軸”、“拉缸”。,設法減小粘著磨損系數(shù)K。選用不同金屬或互溶性小的金屬組成摩擦副；選用金屬與非金屬材料組成摩擦副；合適的表面粗糙度；創(chuàng)造良好的潤滑條件。汽車在使用過程中應避免長時間超載運行。零件制造時應盡可能提高配合副

13、表面硬度。,3）防止或減小粘著磨損的措施,防止熱磨損的發(fā)生設法減少摩擦區(qū)域形成的熱量，使摩擦區(qū)域的溫度低于金屬熱穩(wěn)定性的臨界溫度和潤滑油熱穩(wěn)定性的臨界溫度：在設計上，采取摩擦區(qū)域強制冷卻的結構；在維修中，注意摩擦副的配合間隙；走合期要低速輕載；采用合適的潤滑劑和表面化學處理形成表面膜。（磷化、鍍銅）設法提高金屬熱穩(wěn)定性和潤滑油熱穩(wěn)定性，選用熱穩(wěn)定性高的合金鋼并進行正確的熱處理。,1）疲勞磨損的概念兩接觸表面在交變接觸壓應力的作用下，材料表面因疲勞而產(chǎn)生物質損失的現(xiàn)象。汽車上較易出現(xiàn)該類磨損的配合副通常有：齒輪副、凸輪副、滾動軸承以及巴氏合金軸承表面材料的疲勞剝落等。這些摩擦副共同的工作特點是：

14、摩擦表面的相對運動形式為滾動或滾動+滑動。,3.汽車零件磨損失效分析,疲勞磨損,2）疲勞磨損的失效機理表面疲勞磨損是疲勞和摩擦共同作用的結果，其失效過程可分為兩個階段：首先是疲勞核心裂紋的形成，然后是疲勞裂紋的發(fā)展，直至材料微粒的脫落。對于表面疲勞磨損初始裂紋的形成有以下三種理論。最大剪應力理論油楔理論過渡區(qū)理論,材料：零件材料中含有非金屬雜質，特別是脆性夾雜物（如氧化鋁、硅酸鹽、氮化物等）時，零件表面易產(chǎn)生疲勞裂紋。（夾雜物與基體的交界處引起應力集中）,3）影響表面疲勞磨損的因素,表面疲勞磨損與零件的材料、熱處理的金相組織、表面粗糙度、接觸精度以及潤滑狀況等有關。,強度與硬度：零件材料的抗斷

15、裂強度愈大、硬度愈高，其抗疲勞磨損能力愈強。,強化層厚度：零件的強化層厚度要合理，使最大剪應力發(fā)生在強化層內(nèi)（0.393B），可提高抗疲勞磨損能力。,表面粗糙度愈小、接觸精度愈高，其抗疲勞磨損能力愈強。,潤滑油粘度較高時，由于接觸面壓應力近乎均勻，同時油液不易滲入裂紋，從而提高了零件表面抗疲勞磨損能力。,1）腐蝕磨損的概念零件表面在摩擦過程中，表面金屬與周圍介質發(fā)生化學或電化學反應，而出現(xiàn)物質損失的現(xiàn)象稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損是腐蝕和摩擦共同作用的結果；其表現(xiàn)的狀態(tài)與介質的性質、介質作用在摩擦表面上的狀態(tài)以及摩擦材料的性能有關。2）腐蝕磨損的類型腐蝕磨損通常分為氧化磨損、特殊介質腐蝕磨損、氣蝕及

16、氫致磨損。,腐蝕磨損,氧化磨損氧化磨損普遍存在于摩擦副中，其損壞特征是在金屬零件的摩擦表面上沿滑動方向呈現(xiàn)均勻細微的磨痕（如曲軸軸頸、氣缸、活塞銷、齒輪嚙合表面、滾珠或滾柱軸承等零件都會產(chǎn)生氧化磨損）。氧化磨損的磨損率在各種磨損中是最小的，且氧化膜的生成還有利于防止粘著磨損。失效機理：由于金屬材料表面與空氣或潤滑油中的氧相互作用，使金屬表面生成單分子層氧化膜（當零件相對運動時，金屬表面和周圍介質之間相互作用的活性迅速增加，表面上形成氧化膜的速度更快）。如果摩擦表面微凸體上的氧化膜由于摩擦遭到破壞而脫落，那么在下一次摩擦接觸前又形成新的氧化膜，這樣反復進行而使零件表面產(chǎn)生氧化磨損。,特殊介質腐蝕

17、磨損摩擦副與酸、堿、鹽等特殊介質作用生成各種產(chǎn)物，在摩擦過程中不斷被磨去的現(xiàn)象稱為特殊介質腐蝕磨損。其磨損機理與氧化磨損相似，但磨損速度較快，磨損率隨介質的腐蝕性增大而變大。發(fā)動機氣缸壁是發(fā)生特殊介質腐蝕磨損的典型。發(fā)動機氣缸內(nèi)的燃燒產(chǎn)物中含有碳、硫和氯的氧化物、水蒸汽和有機酸等腐蝕性物質，可直接與缸壁起化學作用，也可溶于水形成酸類腐蝕缸壁，前者稱為化學腐蝕，后者稱為電化學腐蝕，其腐蝕強度與溫度有關。,潤滑油氧化時將生成有機酸，對軸承材料中的鉛、鎘有很大腐蝕作用，開始時在軸承表面形成黑點，并逐漸擴展成海綿狀空洞，在摩擦過程中呈小塊剝落，因此要嚴格控制潤滑油中的酸值。,氣蝕（穴蝕）氣蝕的概念：氣

18、蝕是當零件與液體接觸并有相對運動時，零件表面出現(xiàn)的一種損傷現(xiàn)象。,腐蝕磨損,發(fā)動機濕式缸套的外壁與冷卻液接觸的表面、滑動軸承在最小油膜間隙之后的油膜擴散部分(由于負壓的存在)，都可能產(chǎn)生穴蝕。,失效機理：氣蝕是由于沖擊應力而造成的表面疲勞破壞。液體與零件接觸的局部壓力低于當時水溫下水的飽和蒸汽壓時，水中將產(chǎn)生氣泡；同時溶解于水中的氣體也可能析出而形成氣泡。當氣泡流到高壓區(qū)時潰滅而產(chǎn)生極大的瞬間沖擊力和高溫。在氣泡形成和潰滅的反復作用下，便可使零件的表面產(chǎn)生疲勞而逐漸脫落為麻點，隨后成泡沫海綿狀。氣蝕是一種比較復雜的破壞現(xiàn)象，它往往不單純是機械力所造成的破壞，液體的化學和電化學作用、液體中含有的

19、磨料均可加劇這一破壞過程。,氣蝕（穴蝕）,影響氣蝕的因素（以氣缸套為例）從力學角度講，提高缸套的結構剛度，可減小振動強度，從而減輕氣蝕。采用上厚下薄的不等厚缸套；在缸套下部的密封膠圈上方裝置減振膠圈；增加承孔高度，減小配合間隙。活塞對氣缸的沖擊力、作用面積都會影響缸套的振動強度。合理分配活塞銷上下兩部分活塞重量以及活塞銷偏置，可減小活塞換向時的沖擊力。適當加長活塞長度，減小活塞的傾斜度，并使其與缸套的接觸面積增加，可減輕缸套的振動。,修理裝配質量裝配位置誤差：活塞在氣缸內(nèi)偏斜，會使活塞對氣缸產(chǎn)生附加載荷而增大缸套的振動；活塞氣缸的裝配間隙：缸壁間隙越小，活塞橫擺時引起的沖擊力及由此引起的氣蝕也

20、就越小。冷卻系的結構和冷卻特性冷卻水溫度：最易產(chǎn)生氣蝕的冷卻水溫度為40-60。因此，即使是為了減輕氣蝕也應保持發(fā)動機的正常工作溫度。（85-95）冷卻水套的寬度：加寬水套，使冷卻均勻，減小氣泡爆破時的影響；消除局部渦流及死水區(qū)；控制水泵排量。冷卻水套的潔凈程度：,使用優(yōu)質冷卻水。冷卻水中含有雜質，水易被分離而形成氣泡；冷卻水中加乳化劑。含鹽類和堿類的硬水，在腐蝕和穴蝕的作用下，其穴蝕的速度是清潔水的幾十倍。,氫致磨損含氫的材料，在摩擦過程中由于力學和化學作用而導致氫的析出，氫擴散到金屬表面的變形層中，使變形層內(nèi)出現(xiàn)大量的裂紋源，裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，使表面材料脫落。,一類是構件原設計兩接觸面是靜

21、止的，微動是由于配對組件之一受交變應力或振動引起的。如聯(lián)接件（花鍵、螺栓、銷）的接合面、靜配合的軸與孔的表面、金屬靜密封件等。在這一類中，法向載荷往往很大，所以首要問題是微動磨損會使接觸處產(chǎn)生疲勞裂紋，降低構件的疲勞強度；其次才是因為微動磨損造成配合面的松動，而松動又有可能加速疲勞裂紋的擴展和磨損。,微動磨損,1）微動磨損的概念,微動磨損是在兩相互壓緊的金屬零件表面發(fā)生微幅相對振動時所產(chǎn)生的一種特殊磨損形式。,在工程上，微動磨損經(jīng)常發(fā)生在機械零件中，通常可分為兩類。,另一類是各種運動副在停止轉動時，由于環(huán)境振動而產(chǎn)生的微動。如軸承中的滾珠（柱）與滾道之間、鉸鏈聯(lián)接、電器觸點、各種柔性聯(lián)軸器和傳

22、動裝置等。在這一類中，主要因微動造成零件表面粗糙和磨屑聚集，使運動阻力增加或振動增大，嚴重時可膠合，造成運動失靈。如停止轉動的滾珠（柱）軸承，由于微動可在其滾道上產(chǎn)生所謂的偽布氏壓痕。,2）失效機理接觸壓力使結合面上實際承載峰頂發(fā)生塑性變形和粘著，外界小振幅的振動將粘著點剪切脫落，脫落的磨屑和剪切面與大氣中的氧反應，發(fā)生氧化磨損，產(chǎn)生紅褐色Fe2O3的磨屑堆積在表面之間起著磨料作用，使接觸表面產(chǎn)生磨料磨損。如果接觸應力足夠大，微動磨損點形成應力源，使疲勞裂紋產(chǎn)生并發(fā)展，導致接觸表面破壞。因此，微動磨損是一種復合形式的磨損。是粘著磨損、氧化磨損、磨料磨損三種磨損形式的組合。微小振動和氧化作用是促

23、使微動磨損的主要因素。,微動磨損,4.配合副的磨損特性,汽車零件的磨損過程，即從開始工作直至最后失效，其磨損量與工作時間具有一定的規(guī)律零件的磨損特性。遵循該磨損規(guī)律的曲線，稱為磨損特性曲線，汽車零件的正常磨損可分為三個階段。,走合：新車或大修車運行初期，改善零件摩擦表面機何形狀和表面物理機械性能的過程。,走合期（）,隨著走合期的進展，兩摩擦表面配合狀況迅速改善，實際接觸面積迅速增加，使真實接觸點上的接觸壓力降低；配合間隙的增大和表面狀況的改善也有利于潤滑油膜的形成；此外，零件表面的金屬還發(fā)生了加工硬化。伴隨著以上現(xiàn)象的發(fā)生，零件的磨損率銳減，磨損也趨于正常。,汽車零件經(jīng)過走合期后就進入了正常工

24、作期。由于零件已經(jīng)過初期走合階段，摩擦表面真實接觸面積、表面幾何形狀、摩擦副配合間隙都處于理想狀態(tài)，真實接觸面上的壓力變小，油膜強度增大，再加上表面層強化作用明顯，因而磨損率最低，一般為一常數(shù)。因此，正常工作期內(nèi)汽車零件的磨損量隨行駛里程的增加而緩慢增加，兩者呈線性關系。在此期間，對發(fā)動機的主要摩擦副而言，造成磨損的主要原因是磨料磨損和腐蝕磨損。,正常工作期（）,使用中的汽車進入改期后，由于配合間隙已達到或超過極限值，使零件表面間的沖擊載荷增大，而且，由于間隙過大，使?jié)櫥土魇乐兀黧w潤滑油膜極易遭到破壞，從而使零件的磨損量大幅度增加。汽車進入極限磨損期后，如不進行修理而繼續(xù)使用，則會使汽車

25、零件的磨損由正常磨損轉換為事故性磨損，造成零件迅速損壞，汽車的技術狀況急劇變壞，工作能力迅速下降。,極限磨損期（）,汽車走合期與正常工作期的使用、維修水平都將影響磨損特性曲線的走向，從而影響零件的使用壽命。,4.配合副零件的磨損曲線與走合水平的關系,磨損通常是由多種磨損形式共同作用造成的，其磨損強度與零件的材料性質、加工質量以及工作條件等因素有關。材料性質正確選用摩擦副材料是提高汽車零件耐磨性的一個重要手段。由于不同材料組成的摩擦副發(fā)生的磨損形式不同，所以在汽車修理特別是舊件修復過程中，選擇材料應有針對性。加工質量及表面處理零件的加工質量主要是指表面粗糙度和幾何形狀誤差。表面粗糙值過大，會破壞

26、油膜的連續(xù)性，造成零件表面凸起點的相互咬合；同時，腐蝕性物質更易沉積與零件表面，使腐蝕磨損加劇。,5.影響汽車零件磨損的因素,幾何形狀誤差過大，會造成零件在工作中受力不均勻或產(chǎn)生附加載荷，使磨損加劇。為了提高摩擦副表面的耐磨性，在零件制造過程中，往往采用許多表面處理方法：表面淬火、滲碳、碳氮共滲、磷化、鍍鉻、噴鉬，表面強化處理（滾壓、擠壓、噴丸）等?；钊h(huán)表面鍍鉻、噴鉬；延長活塞環(huán)使用壽命35倍，減少氣缸磨損3040。驅動橋主減速器圓錐齒輪在熱處理及精加工后，予以厚度為0.0050.01mm的磷化或鍍銅、鍍錫處理，防止初期使用發(fā)生粘著、擦傷。,工作條件工作條件是指零件工作時的潤滑條件、運動速度

27、、單位壓力以及工作溫度等。潤滑條件減小摩擦與磨損的有效方法是在摩擦副之間建立并保持流體潤滑，使兩摩擦表面完全被油膜隔開。保證流體潤滑的條件：以適當?shù)膲毫┙o必須的潤滑油；配合副表面的幾何形狀、尺寸及配合間隙能適應工作載荷、相對運動速度和潤滑油粘度的要求；選擇粘度適度和粘溫特性好的潤滑油并定期更換；在潤滑油中加入油性和極壓添加劑，能大幅度提高潤滑油膜的吸附能力以及油膜強度。,運動速度零件相對運動速度的提高，有利于潤滑油膜的形成，使磨損減輕；零件相對運動速度過快，使摩擦產(chǎn)生的熱量增加并不能及時散去，會導致潤滑油粘度下降，油膜變薄，承載能力降低，出現(xiàn)邊界摩擦甚至干摩擦，加劇零件磨損。單位壓力零件表面

28、上單位壓力升高，零件的磨料磨損增加。當載荷超過油膜的承載能力時，摩擦表面的油膜將被破壞，引起粘著磨損。工作溫度溫度過高，使?jié)櫥驼扯认陆?，油膜變薄，磨損增加；溫度過低，腐蝕性介質更容易冷凝于零件表面，使腐蝕磨損增加。,6、走合里程的規(guī)定走合期的長短取決于零件加工精度、裝配質量、潤滑油品質、運行條件、駕駛技術，一般制造廠都有明確的規(guī)定。較多車的行駛里程為2000500km，相當于4060個工作小時。也有部分品牌的車的走合期規(guī)定較長,四、汽車零件的腐蝕,零件受周圍介質作用而引起的損壞稱為零件的腐蝕。按腐蝕機理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕，汽車上約20的零件因腐蝕面失效。1.化學腐蝕概念金屬零件與介質

29、直接發(fā)生化學作用而引起的損傷稱為化學府蝕。金屬在干燥空氣中的氧化以及金屬在不導電介質中的腐蝕等均屬于化學腐蝕。失效機理化學府蝕過程中沒有電流產(chǎn)生，通常在金屬表面上形成一層腐蝕產(chǎn)物膜，如鐵在干燥空氣中與空氣中的氧作用：,鋁合金零件表面形成的氧化鋁膜；發(fā)動機活塞環(huán)鍍鉻后，因鉻和鉻的氧化物硬度高，氧化鉻膜不易磨掉，從而大大提高了其耐腐蝕磨損的性能。,這層氧化膜的性質決定化學腐蝕速度：,如果氧化膜疏散的、不完整的，強度、塑性都較差，膨脹系數(shù)和基體金屬相差較大，則氧化膜很容易從基體金屬上脫落，而基體金屬就會很快被氧化，從而使金屬的腐蝕速度加快；,如果氧化膜是完整的，強度、塑性都很好，膨脹系數(shù)和金屬相近，

30、膜與金屬的粘著力強，它就有保護金屬、減緩腐蝕的作用。如：,2.電化學腐蝕概念金屬與介質發(fā)生電化學反應而引起損壞的現(xiàn)象。電化學腐蝕是兩種不同的金屬在一個導電溶液中形成一對電極，產(chǎn)生電化學反應而發(fā)生腐蝕作用，使充當陽極的金屬被腐蝕。其持點是在金屬不斷遭到腐蝕的同時還有電流產(chǎn)生，如金屬在酸、堿、鹽溶液及潮濕空氣中的腐蝕等。失效機理引起電化學腐蝕的原因是金屬與電解質相接觸，由于離子交換，產(chǎn)生電流形成原電池，這種原電池，由于電流無法利用，使陽極金屬受到腐蝕，稱為腐蝕電池。,陽極反應：,陰極反應：,防止化學腐蝕的方法在汽車零件中，主要采用覆蓋層的方法來防止化學腐蝕。金屬性覆蓋層：鍍鉻、鍍錫、鍍銅等；非金屬

31、性覆蓋層：表面涂漆、包覆塑料層等；用化學或電化學方法，在零件表面生成一層致密的保護膜。如：發(fā)藍生成一層氧化膜；磷化生成一層磷化膜。,五、汽車零件的老化橡膠、塑料制品和電子元件等汽車用零件，隨著時間的增長，原有的性能會逐漸衰退稱為老化現(xiàn)象。這類元件、制品不論工作與否，老化現(xiàn)象都會發(fā)生，如橡膠輪胎、塑料器件等長期貯存也會發(fā)生龜裂、變硬等老化癥狀。,六、汽車零件的疲勞斷裂,零件在交變應力作用下，經(jīng)過較長時間工作而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂是汽車零部件中常見的失效方式之一，也是危害性最大的一種失效方式。,1.疲勞斷裂失效的分類,在交變載荷下，金屬零件表面產(chǎn)生不均勻滑移、金屬內(nèi)的非金屬夾雜物和

32、應力集中（如臺階、尖角、鍵槽等）均可能是產(chǎn)生疲勞裂紋核心的策源地。,2.疲勞斷裂失效機理,金屬零件疲勞斷裂實質上是一個累積損傷過程。大體上可劃分為滑移、裂紋成核、微觀裂紋擴展、宏觀裂紋擴展、最終斷裂幾個過程。,疲勞裂紋的萌生,.第二階段：裂紋按第一階段擴展一定距離后改變方向，沿與主應力垂直的方向擴展，該階段裂紋擴展途徑是穿晶的，擴展速率較快。,疲勞裂紋的擴展,在沒有應力集中的情況下，疲勞裂紋的擴展可分為兩個階段。,.第一階段：在交變應力的作用下，裂紋從策源地開始，沿著最大切應力(和主應力成4045）的晶面向內(nèi)擴展。該階段的擴展速率很慢，若在應力集中的情下，則不出現(xiàn)第一階段，直接進入第二階段。,

33、3.疲勞裂紋斷口宏觀形貌特征典型的宏觀疲勞斷口可分為三個區(qū)域：疲勞源（疲勞核心）、疲勞裂紋擴展區(qū)、最后斷裂區(qū)（瞬時斷裂區(qū)）。,疲勞源疲勞源是疲勞破壞的起始點，一般位于零件表面的應力集中處或有劃痕、非金屬夾渣等表面缺陷處；如果材料的內(nèi)部有缺陷或表面經(jīng)過強化，疲勞源也可能產(chǎn)生在表面以下的薄弱環(huán)節(jié)處。,疲勞源區(qū)的斷面具有相當光滑和細“晶?！钡谋砻娼Y構；由于疲勞裂紋擴展緩慢以及裂紋反復張開與閉合效應而磨損嚴重引起的。疲勞斷口上的疲勞源數(shù)目有時會有多個，尤其是過負荷疲勞時。疲勞線密度越大，表示疲勞源起源的時間越早。,疲勞裂紋擴展區(qū)疲勞裂紋擴展區(qū)是疲勞斷口最重要的待征區(qū)域。具有一系列以疲勞源為中心，與裂紋

34、方向相垂直的同心環(huán)紋，即疲勞線。,疲勞線是裂紋擴展過程中載荷的性質和大小變化的痕跡。由于零件的有效承載截面隨著裂紋的不斷擴展而減小，使每次循環(huán)應力裂紋擴展的逐漸加大，越是遠離疲勞源的疲勞線的間距越大。,疲勞裂紋擴展區(qū)比較光亮、平整。這是由于疲勞斷口在交變載荷的作用下反復擠壓、研磨的結果。,展，即具有足夠的斷裂韌性。有些金屬零件在交變應力的作用下發(fā)生斷裂失效，宏觀斷口觀察不到疲勞線，這是由于斷口表面多次反復壓縮而摩擦，使該區(qū)變得很光滑，呈細晶狀。,裂紋擴展區(qū)對衡量材料的性能很重要。這個區(qū)域大，表示材料的臨界裂紋尺寸大(在其它條件基本相似的情況下)，能較好地抵抗裂紋的擴,最后斷裂區(qū)（瞬間斷裂區(qū)）最

35、后斷裂區(qū)是當疲勞裂紋擴展到臨界尺寸時，剩余截面上的真實應力超過材料強度，零件發(fā)生瞬時斷裂的區(qū)域。,脆性材料的斷口呈粗糙的“晶粒”狀結構或呈放射線；塑性材料的斷口具有纖維狀結構，在零件表面有剪切唇。,疲勞擴展區(qū)與瞬時斷裂區(qū)所占面積的大小與材料的性質及所受的應力水平有關。高強度材料塑性差，承受應力水平高，疲勞裂紋稍有擴展即導致過載靜斷，所以它的疲勞擴展區(qū)小，而瞬時斷裂區(qū)大。塑性材料承受應力水平低時，即使疲勞裂紋有較大擴展，其剩余截面上的應力仍不高，不會立即斷裂，瞬時斷裂區(qū)所占比例就小。因此可根據(jù)疲勞斷口兩個區(qū)域所占比例，估計所受應力及應力集中程度的大小。疲勞斷裂因載荷類型不同，其斷口形態(tài)也不一樣。

36、載荷的類型、應力集中和名義應力的大小對疲勞斷口宏觀形態(tài)的影響見下表。,搞好次負荷鍛煉汽車零件在低于或接近疲勞極限的較小負荷下運轉一定周次后，可使其疲勞抗力提高，此現(xiàn)象為次負荷鍛煉。,5.提高汽車零件抗疲勞斷裂能力的方法,為了防止汽車零件產(chǎn)生疲勞失效，在汽車使用與維修方面可采取以下主要措施。,避免超載、超速使用，防止過負荷損害。雖然零件材料有一定的抗過負荷損害能力，但長期嚴重超載運行，容易進入過負荷損害區(qū)，引起疲勞壽命的降低。,4.影響汽車零件疲勞強度的因素結構設計、生產(chǎn)工藝、使用維修,延緩疲勞裂紋萌生時間。表面強化處理表面熱處理：某些表面熱處理的方法，由于在改變零件表層組織、成分和性能強化的同

37、時，還產(chǎn)生有利的殘余應力，可以提高零件的疲勞抗力。如：曲軸軸頸經(jīng)氮化處理后，不僅使軸頸具有極高的耐磨性，而且還可使曲軸的疲勞強度提高3040。冷變形強化處理（表面噴丸、擠壓、滾壓等）：使零件表層產(chǎn)生有利的殘余應力，可部分抵消工作拉應力；另外還可降低零件表面粗糙度，減輕了應力集中現(xiàn)象，從而提高零件的疲勞壽命。,提高金屬材料的純潔度、減小夾雜物尺寸以及提高零件表面完整性設計水平，盡量避免應力集中的現(xiàn)象等，都是抑制或推遲疲勞裂紋產(chǎn)生的有效途徑。,止裂孔法。擴孔消除法。刮磨修理法。局部增加有效截面。,降低疲勞裂紋擴展速率,提高疲勞裂紋門檻值Km的長度金屬零件裂紋擴展的門檻值是指：疲勞裂紋不擴展（穩(wěn)定）

38、時的最高應力強度因子幅，一般取疲勞裂紋擴展速率時K的值，該值由試驗確定。（通過試驗來檢驗零件結構和加工工藝的合理性）,零件在使用過程中，由于承載或內(nèi)部應力的作用，使零件的尺寸和形狀改變的現(xiàn)象稱為零件的變形。1.零件變形失效的類型彈性變形失效零件在外力作用下發(fā)生彈性撓曲，其撓度超過許用值而破壞零件間相對位置精度的現(xiàn)象稱為彈性變形失效。在彈性變形范圍內(nèi)，零件所受的應力并未超過彈性極限，應力與應變之間的關系仍遵循虎克定律。材料彈性模量是彈性變形的失效抗力指標，零件的截面積越大，材料彈性模量越高，則越不容易發(fā)生彈性變形失效。,七、汽車零件的變形,塑性變形失效零件的工作應力超過材料的屈服極限造成塑性變形

39、而導致的失效稱為塑性交形失效。經(jīng)典的強度設計都是按照防止塑性變形失效來進行的，即不允許零件的任何部位進入塑性變形狀態(tài)。隨著應力分析技術的發(fā)展，目前在設計中已逐漸采用塑性設計的方法，即在不影響工作性能的前提下，允許局部區(qū)域發(fā)生塑性變形。但采用塑性設計方法時，對應力分析、工作條件估計以及材料選擇應做到精確、合理，否則就會出現(xiàn)塑性變形失效。如花鍵扭曲、螺栓被拉長等。在給定外載荷條件下，塑性變形失效取決于零件截面的大小、安全系數(shù)值及材料的屈服極限。材料的屈服極限超高，則發(fā)生塑性變形失效的可能性越小。,殘余應力汽車上重要的殼體零件如氣缸體、變速器殼體等都是鑄件，鑄件在生產(chǎn)過程中由于種種原因會在其內(nèi)部產(chǎn)生

40、殘余應力。,蠕變失效蠕變是指材料在一定應力作用下，隨時間延長，變形不斷增加的現(xiàn)象。蠕變變形失效是由于蠕變過程不斷發(fā)生，產(chǎn)生的蠕變變形量或蠕變速度超過金屬材料蠕變極限而導致的失效。,2.零件變形失效的原因,殘余應力能使鑄件自發(fā)地變形而減小內(nèi)應力，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，只有受拉應力的部分被拉長或受壓應力的部分被縮短時，才能使鑄件中的殘余應力減小。,熱應力：鑄件在冷卻過程中，由于各部分冷卻速度不同，便會造成同一時刻各部分收縮量不同，使鑄件內(nèi)部相互制約，結果產(chǎn)生應力。,相變應力：具有固態(tài)相變的合金鑄件各部分在冷卻過程中由于散熱條件不同，它們到達相變溫度的時間也不同，各部分相變的程度也不同所引起的應力。,

41、鑄件變形的結果將導致其產(chǎn)生彎曲變形，變形的方向是：厚的部分向外凸，薄的部分向內(nèi)凹。,鑄件產(chǎn)生變形后，往往只能減小內(nèi)應力，而不能完全消除內(nèi)應力。所以，汽車鑄造零件經(jīng)過使用磨損或機械加工修理后，由于失去平衡的殘余內(nèi)應力存在于零件內(nèi)部，故經(jīng)過一段時間后又會產(chǎn)生二次變形，從而使零件失去應有的精度，并導致總成甚至整車的工作性能惡化。,工作溫度由于金屬材料的彈性極限隨溫度的升高而減小，即變形抗力降低。所以在較高溫度條件下工作的汽車零件，更易發(fā)生變形。（如離合器摩擦片的撓曲變形、制動鼓、排氣歧管的變形等）,外載荷汽車零件尤其是底盤系統(tǒng)的零件，在使用過程中，外載荷引起的工作應力可能會超過材料的彈性極限而造成變

42、形。,汽車超載且在路面條件較差、產(chǎn)生沖擊動載荷的情況下使用；,汽車在正常情況下使用，當外載荷引起的工作應力與殘余應力方向一致時。,3.基礎件的變形基礎件：保證本組合或總成中所有組成部分均能處于規(guī)定位置的零件。如氣缸體、車架等。顯然，基礎件的變形對總成和整車的工作質量和使用壽命具有重要的影響。氣缸體氣缸體變形后可能引起各位置度誤差的改變。氣缸軸線對主軸承承孔公共軸線的垂直度誤差的增大。該項誤差會造成活塞在氣缸內(nèi)偏斜，使活塞在氣缸內(nèi)的上下往復運動受阻，摩擦阻力增大，磨損加劇，影響發(fā)動機的使用壽命。同時伴隨動力性、經(jīng)濟性和排放污染的惡化。試驗表明：當該項誤差在200mm的長度上，由0.05mm增加到0.18mm時，氣缸的磨損量將增加30。,氣缸體各曲軸軸承承孔軸線同軸度誤差過大，會造成曲軸軸頸和軸瓦磨損加劇，并在曲軸上產(chǎn)生附加動載，加速其疲勞失效。變速器殼體變速器殼體變形，會使一、二軸軸承承孔公共軸線對中間軸軸承承孔軸線的平行度誤差增大，從而造成：變速器傳遞的扭矩產(chǎn)生較大的不均勻性，使傳動系產(chǎn)生動載荷，影響其使用壽命；自動脫擋；軸向力鎖止力+摩擦力加劇齒輪磨損并產(chǎn)生較大的工作噪聲。主減速器殼體主減速器殼體變形，將導致：工作振動大、螺栓易松動、齒輪磨損加劇等。,