第二篇汽車維修基礎(chǔ)第5章汽車零部件失效理論,要點(diǎn):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(jī)理、特征及規(guī)律3、了解汽車技術(shù)狀況的定義及變化規(guī)律,5-1汽車失效規(guī)律,技術(shù)狀況參數(shù)：評價(jià)汽車使用性能的物理量和化學(xué)量。如發(fā)動機(jī)的輸出功率、轉(zhuǎn)矩、油耗、排放，汽車噪聲和踏板自由行程等。,一、汽車技術(shù)狀況,1.汽車技術(shù)狀況概述汽車技術(shù)狀況是指能夠定量測得的、表征某一時(shí)刻汽車外觀和性能的參數(shù)值的總和。,表征汽車技術(shù)狀況的參數(shù),結(jié)構(gòu)參數(shù)：表征汽車結(jié)構(gòu)的各種特性的物理量。如幾何尺寸、聲學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)參數(shù)等。,汽車技術(shù)狀況的表述,汽車完好技術(shù)狀況指汽車完全符合技術(shù)文件規(guī)定要求的狀況，即汽車技術(shù)狀況的各種參數(shù)值都符合技術(shù)文件的規(guī)定。,汽車不良技術(shù)狀況指汽車不符合技術(shù)文件中規(guī)定的任一要求的狀況。處于不良技術(shù)狀況的汽車有以下幾種可能：,主要使用性能指標(biāo)不符合技術(shù)文件的規(guī)定；,主要使用性能指標(biāo)完全符合技術(shù)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(shù)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(shù)文件規(guī)定的使用性能指標(biāo)，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(shù)文件的規(guī)定，汽車雖然仍可繼續(xù)行使，但它是處于故障狀態(tài)的。,3.汽車技術(shù)狀況變化的外觀特征,1）汽車動力性變差。（功率、加速時(shí)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(jī)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(shí)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(shè)計(jì)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(yán)重?fù)p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(jī)理導(dǎo)致零部件失效的物理、化學(xué)或機(jī)械的變化原因。,2.汽車技術(shù)狀況的變化類型漸進(jìn)型汽車技術(shù)狀況的參數(shù)是隨行使里程或時(shí)間作單調(diào)變化的，可用一定的回歸函數(shù)式表示其變化律。對于漸進(jìn)性故障，原則上可通過及時(shí)的維修來防止故障的發(fā)生；同時(shí)，還可以通過其變化規(guī)律來預(yù)測故障的發(fā)生和對汽車進(jìn)行不解體檢測。汽車零部件的磨損、間隙變化和機(jī)油消耗量以及潤滑油中雜質(zhì)的含量都按這一規(guī)律變化。,突發(fā)型汽車技術(shù)狀況的變化過程是隨機(jī)的，沒有確定的形式，無規(guī)律可循，即汽車的總成或部件達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)間是隨機(jī)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(jī)因素所影響。如車架、曲軸、轉(zhuǎn)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(jìn)入故障的概率和汽車過去的工作狀況無關(guān)。,三、汽車失效的原因,（1）設(shè)計(jì)制造：設(shè)計(jì)不合理、制造工藝不當(dāng)、材料選擇不當(dāng)、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(fù)工藝不當(dāng)?shù)取?（3）工作條件：1）道路條件的影響路面的平整度；2）運(yùn)行條件的影響交通流量；3）運(yùn)輸條件的影響作業(yè)性質(zhì)；4）氣候條件的影響環(huán)境溫度、濕度和風(fēng)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(yīng)力低周疲勞、低應(yīng)力高周疲勞、腐蝕疲勞、熱疲勞；,腐蝕：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、穴蝕；,二、汽車零件摩擦基礎(chǔ)知識,1.概念兩物體之間相互運(yùn)動，使其接觸表面產(chǎn)生運(yùn)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(zhì)時(shí)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(yùn)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(shí)會出現(xiàn)干摩擦。,流體摩擦（液體摩擦）,相對運(yùn)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?。╧=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(yùn)動的摩擦副表面之間被一層極薄的（通常只有幾個(gè)分子直徑，1個(gè)分子直徑=10-10m）、具有特殊性質(zhì)的潤滑油膜所隔開的摩擦。當(dāng)流體摩擦的潤滑油膜形成的條件不斷惡化時(shí)（如潤滑油粘度、摩擦副表面相對運(yùn)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(shí)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(shí)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(zhuǎn)換的，其摩擦狀態(tài)隨工作條件的變化而變化。如：長時(shí)間停車后重新起動的發(fā)動機(jī)，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(zhì)由于相對運(yùn)動而不斷耗損的現(xiàn)象。,磨損是伴隨摩擦而產(chǎn)生的必然結(jié)果，磨損的發(fā)生將造成零件形狀、尺寸及表面性質(zhì)的變化，使零件的工作性能逐漸降低；,磨損是個(gè)十分復(fù)雜的現(xiàn)象，它與零件的材料、形狀、硬度、表面加工質(zhì)量、受力狀況、工作條件（載荷、溫度、相對運(yùn)動速度、潤滑條件）等有關(guān)；,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(bào)廢的。,2.汽車零件磨損的分類按照零件的表面破壞機(jī)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(zhì)顆?；蛴操|(zhì)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(shí)也是危害最為嚴(yán)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(jī)理磨料磨損機(jī)理是屬于磨料的機(jī)械作用，這種機(jī)械作用在很大程度上與磨料的性質(zhì)、形狀、尺寸大小以及載荷作用下磨料與被磨表面的機(jī)械性能有關(guān)；對于汽車零件磨料磨損的失效機(jī)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(diǎn)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(qiáng)化了的顆粒所產(chǎn)生的作用。,因此，減輕磨料磨損的具體措施有：,汽車零件在設(shè)計(jì)上應(yīng)選擇合適的耐磨材料；在制造過程中，應(yīng)盡量提高零件的表面加工質(zhì)量與硬度。,在使用與維修中，應(yīng)設(shè)法防止外界磨料進(jìn)入各總成內(nèi)部，并進(jìn)行良好的維護(hù)。,避免汽車在含塵率大的土路上列隊(duì)行駛；,防止燃油、潤滑油在存儲和運(yùn)輸中混入雜質(zhì)；,改善“三濾”的濾清質(zhì)量；,密封曲軸箱、變速器殼體、驅(qū)動橋殼體、進(jìn)氣管接頭等；,加強(qiáng)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(yùn)動時(shí)，由于固相焊合作用的結(jié)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(fù)荷、高溫等），發(fā)生干摩擦的結(jié)果。嚴(yán)重時(shí)會使摩擦副咬死，如“抱軸”。,2）粘著磨損的失效機(jī)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(yīng)力大,微凸體塑性變形,冷焊粘著,粘著點(diǎn)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(zhuǎn)化成熱量,零件表面接觸點(diǎn)溫度升高,接觸點(diǎn)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(yán)重時(shí)會造成相對運(yùn)動的停止，如“抱軸”、“拉缸”。,設(shè)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(yīng)避免長時(shí)間超載運(yùn)行。零件制造時(shí)應(yīng)盡可能提高配合副表面硬度。,3）防止或減小粘著磨損的措施,防止熱磨損的發(fā)生設(shè)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(shè)計(jì)上，采取摩擦區(qū)域強(qiáng)制冷卻的結(jié)構(gòu)；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(xué)處理形成表面膜。（磷化、鍍銅）設(shè)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(jìn)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(yīng)力的作用下，材料表面因疲勞而產(chǎn)生物質(zhì)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(diǎn)是：摩擦表面的相對運(yùn)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(jī)理表面疲勞磨損是疲勞和摩擦共同作用的結(jié)果，其失效過程可分為兩個(gè)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(yīng)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(zhì)，特別是脆性夾雜物（如氧化鋁、硅酸鹽、氮化物等）時(shí)，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(yīng)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(guān)。,強(qiáng)度與硬度：零件材料的抗斷裂強(qiáng)度愈大、硬度愈高，其抗疲勞磨損能力愈強(qiáng)。,強(qiáng)化層厚度：零件的強(qiáng)化層厚度要合理，使最大剪應(yīng)力發(fā)生在強(qiáng)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(qiáng)。,潤滑油粘度較高時(shí)，由于接觸面壓應(yīng)力近乎均勻，同時(shí)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(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，而出現(xiàn)物質(zhì)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(jié)果；其表現(xiàn)的狀態(tài)與介質(zhì)的性質(zhì)、介質(zhì)作用在摩擦表面上的狀態(tài)以及摩擦材料的性能有關(guān)。2）腐蝕磨損的類型腐蝕磨損通常分為氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損、氣蝕及氫致磨損。,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(xì)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(jī)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(dāng)零件相對運(yùn)動時(shí)，金屬表面和周圍介質(zhì)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(fù)進(jìn)行而使零件表面產(chǎn)生氧化磨損。,特殊介質(zhì)腐蝕磨損摩擦副與酸、堿、鹽等特殊介質(zhì)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(zhì)腐蝕磨損。其磨損機(jī)理與氧化磨損相似，但磨損速度較快，磨損率隨介質(zhì)的腐蝕性增大而變大。發(fā)動機(jī)氣缸壁是發(fā)生特殊介質(zhì)腐蝕磨損的典型。發(fā)動機(jī)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(jī)酸等腐蝕性物質(zhì)，可直接與缸壁起化學(xué)作用，也可溶于水形成酸類腐蝕缸壁，前者稱為化學(xué)腐蝕，后者稱為電化學(xué)腐蝕，其腐蝕強(qiáng)度與溫度有關(guān)。,潤滑油氧化時(shí)將生成有機(jī)酸，對軸承材料中的鉛、鎘有很大腐蝕作用，開始時(shí)在軸承表面形成黑點(diǎn)，并逐漸擴(kuò)展成海綿狀空洞，在摩擦過程中呈小塊剝落，因此要嚴(yán)格控制潤滑油中的酸值。,氣蝕（穴蝕）氣蝕的概念：氣蝕是當(dāng)零件與液體接觸并有相對運(yùn)動時(shí)，零件表面出現(xiàn)的一種損傷現(xiàn)象。,腐蝕磨損,發(fā)動機(jī)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(kuò)散部分(由于負(fù)壓的存在)，都可能產(chǎn)生穴蝕。,失效機(jī)理：氣蝕是由于沖擊應(yīng)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(dāng)時(shí)水溫下水的飽和蒸汽壓時(shí)，水中將產(chǎn)生氣泡；同時(shí)溶解于水中的氣體也可能析出而形成氣泡。當(dāng)氣泡流到高壓區(qū)時(shí)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(fù)作用下，便可使零件的表面產(chǎn)生疲勞而逐漸脫落為麻點(diǎn)，隨后成泡沫海綿狀。氣蝕是一種比較復(fù)雜的破壞現(xiàn)象，它往往不單純是機(jī)械力所造成的破壞，液體的化學(xué)和電化學(xué)作用、液體中含有的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(xué)角度講，提高缸套的結(jié)構(gòu)剛度，可減小振動強(qiáng)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?；钊麑飧椎臎_擊力、作用面積都會影響缸套的振動強(qiáng)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(shí)的沖擊力。適當(dāng)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(zhì)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(shí)引起的沖擊力及由此引起的氣蝕也就越小。冷卻系的結(jié)構(gòu)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(yīng)保持發(fā)動機(jī)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(shí)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(zhì)冷卻水。冷卻水中含有雜質(zhì)，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(xué)和化學(xué)作用而導(dǎo)致氫的析出，氫擴(kuò)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(gòu)件原設(shè)計(jì)兩接觸面是靜止的，微動是由于配對組件之一受交變應(yīng)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(gòu)件的疲勞強(qiáng)度；其次才是因?yàn)槲幽p造成配合面的松動，而松動又有可能加速疲勞裂紋的擴(kuò)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(shí)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(jī)械零件中，通?？煞譃閮深?。,另一類是各種運(yùn)動副在停止轉(zhuǎn)動時(shí)，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(diǎn)、各種柔性聯(lián)軸器和傳動裝置等。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(yùn)動阻力增加或振動增大，嚴(yán)重時(shí)可膠合，造成運(yùn)動失靈。如停止轉(zhuǎn)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(jī)理接觸壓力使結(jié)合面上實(shí)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(diǎn)剪切脫落，脫落的磨屑和剪切面與大氣中的氧反應(yīng)，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(yīng)力足夠大，微動磨損點(diǎn)形成應(yīng)力源，使疲勞裂紋產(chǎn)生并發(fā)展，導(dǎo)致接觸表面破壞。因此，微動磨損是一種復(fù)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(shí)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(gè)階段。,走合：新車或大修車運(yùn)行初期，改善零件摩擦表面機(jī)何形狀和表面物理機(jī)械性能的過程。,走合期（）,隨著走合期的進(jìn)展，兩摩擦表面配合狀況迅速改善，實(shí)際接觸面積迅速增加，使真實(shí)接觸點(diǎn)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(jìn)入了正常工作期。由于零件已經(jīng)過初期走合階段，摩擦表面真實(shí)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(shí)接觸面上的壓力變小，油膜強(qiáng)度增大，再加上表面層強(qiáng)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(guān)系。在此期間，對發(fā)動機(jī)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(jìn)入改期后，由于配合間隙已達(dá)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?yán)重，流體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(jìn)入極限磨損期后，如不進(jìn)行修理而繼續(xù)使用，則會使汽車零件的磨損由正常磨損轉(zhuǎn)換為事故性磨損，造成零件迅速損壞，汽車的技術(shù)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(guān)系,磨損通常是由多種磨損形式共同作用造成的，其磨損強(qiáng)度與零件的材料性質(zhì)、加工質(zhì)量以及工作條件等因素有關(guān)。材料性質(zhì)正確選用摩擦副材料是提高汽車零件耐磨性的一個(gè)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(fù)過程中，選擇材料應(yīng)有針對性。加工質(zhì)量及表面處理零件的加工質(zhì)量主要是指表面粗糙度和幾何形狀誤差。表面粗糙值過大，會破壞油膜的連續(xù)性，造成零件表面凸起點(diǎn)的相互咬合；同時(shí)，腐蝕性物質(zhì)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(qiáng)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(qū)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(shí)的潤滑條件、運(yùn)動速度、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(dāng)?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(yīng)工作載荷、相對運(yùn)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(qiáng)度。,運(yùn)動速度零件相對運(yùn)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(yùn)動速度過快，使摩擦產(chǎn)生的熱量增加并不能及時(shí)散去，會導(dǎo)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。單位壓力零件表面上單位壓力升高，零件的磨料磨損增加。當(dāng)載荷超過油膜的承載能力時(shí)，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(zhì)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(zhì)量、潤滑油品質(zhì)、運(yùn)行條件、駕駛技術(shù)，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(dāng)于4060個(gè)工作小時(shí)。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(zhì)作用而引起的損壞稱為零件的腐蝕。按腐蝕機(jī)理可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，汽車上約20的零件因腐蝕面失效。1.化學(xué)腐蝕概念金屬零件與介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的損傷稱為化學(xué)府蝕。金屬在干燥空氣中的氧化以及金屬在不導(dǎo)電介質(zhì)中的腐蝕等均屬于化學(xué)腐蝕。失效機(jī)理化學(xué)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(jī)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(zhì)決定化學(xué)腐蝕速度：,如果氧化膜疏散的、不完整的，強(qiáng)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(qiáng)度、塑性都很好，膨脹系數(shù)和金屬相近，膜與金屬的粘著力強(qiáng)，它就有保護(hù)金屬、減緩腐蝕的作用。如：,2.電化學(xué)腐蝕概念金屬與介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起損壞的現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕是兩種不同的金屬在一個(gè)導(dǎo)電溶液中形成一對電極，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕作用，使充當(dāng)陽極的金屬被腐蝕。其持點(diǎn)是在金屬不斷遭到腐蝕的同時(shí)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(jī)理引起電化學(xué)腐蝕的原因是金屬與電解質(zhì)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(yīng)：,陰極反應(yīng)：,防止化學(xué)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(xué)腐蝕。金屬性覆蓋層：鍍鉻、鍍錫、鍍銅等；非金屬性覆蓋層：表面涂漆、包覆塑料層等；用化學(xué)或電化學(xué)方法，在零件表面生成一層致密的保護(hù)膜。如：發(fā)藍(lán)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(shí)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(yīng)力作用下，經(jīng)過較長時(shí)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)的非金屬夾雜物和應(yīng)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(jī)理,金屬零件疲勞斷裂實(shí)質(zhì)上是一個(gè)累積損傷過程。大體上可劃分為滑移、裂紋成核、微觀裂紋擴(kuò)展、宏觀裂紋擴(kuò)展、最終斷裂幾個(gè)過程。,疲勞裂紋的萌生,.第二階段：裂紋按第一階段擴(kuò)展一定距離后改變方向，沿與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展，該階段裂紋擴(kuò)展途徑是穿晶的，擴(kuò)展速率較快。,疲勞裂紋的擴(kuò)展,在沒有應(yīng)力集中的情況下，疲勞裂紋的擴(kuò)展可分為兩個(gè)階段。,.第一階段：在交變應(yīng)力的作用下，裂紋從策源地開始，沿著最大切應(yīng)力(和主應(yīng)力成4045）的晶面向內(nèi)擴(kuò)展。該階段的擴(kuò)展速率很慢，若在應(yīng)力集中的情下，則不出現(xiàn)第一階段，直接進(jìn)入第二階段。,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(gè)區(qū)域：疲勞源（疲勞核心）、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、最后斷裂區(qū)（瞬時(shí)斷裂區(qū)）。,疲勞源疲勞源是疲勞破壞的起始點(diǎn)，一般位于零件表面的應(yīng)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(qiáng)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(dāng)光滑和細(xì)“晶?！钡谋砻娼Y(jié)構(gòu)；由于疲勞裂紋擴(kuò)展緩慢以及裂紋反復(fù)張開與閉合效應(yīng)而磨損嚴(yán)重引起的。疲勞斷口上的疲勞源數(shù)目有時(shí)會有多個(gè)，尤其是過負(fù)荷疲勞時(shí)。疲勞線密度越大，表示疲勞源起源的時(shí)間越早。,疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)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，與裂紋方向相垂直的同心環(huán)紋，即疲勞線。,疲勞線是裂紋擴(kuò)展過程中載荷的性質(zhì)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(kuò)展而減小，使每次循環(huán)應(yīng)力裂紋擴(kuò)展的逐漸加大，越是遠(yuǎn)離疲勞源的疲勞線的間距越大。,疲勞裂紋擴(kuò)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(fù)擠壓、研磨的結(jié)果。,展，即具有足夠的斷裂韌性。有些金屬零件在交變應(yīng)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(fù)壓縮而摩擦，使該區(qū)變得很光滑，呈細(xì)晶狀。,裂紋擴(kuò)展區(qū)對衡量材料的性能很重要。這個(gè)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(kuò),最后斷裂區(qū)（瞬間斷裂區(qū)）最后斷裂區(qū)是當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸時(shí)，剩余截面上的真實(shí)應(yīng)力超過材料強(qiáng)度，零件發(fā)生瞬時(shí)斷裂的區(qū)域。,脆性材料的斷口呈粗糙的“晶?！睜罱Y(jié)構(gòu)或呈放射線；塑性材料的斷口具有纖維狀結(jié)構(gòu)，在零件表面有剪切唇。,疲勞擴(kuò)展區(qū)與瞬時(shí)斷裂區(qū)所占面積的大小與材料的性質(zhì)及所受的應(yīng)力水平有關(guān)。高強(qiáng)度材料塑性差，承受應(yīng)力水平高，疲勞裂紋稍有擴(kuò)展即導(dǎo)致過載靜斷，所以它的疲勞擴(kuò)展區(qū)小，而瞬時(shí)斷裂區(qū)大。塑性材料承受應(yīng)力水平低時(shí)，即使疲勞裂紋有較大擴(kuò)展，其剩余截面上的應(yīng)力仍不高，不會立即斷裂，瞬時(shí)斷裂區(qū)所占比例就小。因此可根據(jù)疲勞斷口兩個(gè)區(qū)域所占比例，估計(jì)所受應(yīng)力及應(yīng)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。載荷的類型、應(yīng)力集中和名義應(yīng)力的大小對疲勞斷口宏觀形態(tài)的影響見下表。,搞好次負(fù)荷鍛煉汽車零件在低于或接近疲勞極限的較小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)一定周次后，可使其疲勞抗力提高，此現(xiàn)象為次負(fù)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(fù)荷損害。雖然零件材料有一定的抗過負(fù)荷損害能力，但長期嚴(yán)重超載運(yùn)行，容易進(jìn)入過負(fù)荷損害區(qū)，引起疲勞壽命的降低。,4.影響汽車零件疲勞強(qiáng)度的因素結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、使用維修,延緩疲勞裂紋萌生時(shí)間。表面強(qiáng)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(qiáng)化的同時(shí)，還產(chǎn)生有利的殘余應(yīng)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(qiáng)度提高3040。冷變形強(qiáng)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(yīng)力，可部分抵消工作拉應(yīng)力；另外還可降低零件表面粗糙度，減輕了應(yīng)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(shè)計(jì)水平，盡量避免應(yīng)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(kuò)孔消除法。刮磨修理法。局部增加有效截面。,降低疲勞裂紋擴(kuò)展速率,提高疲勞裂紋門檻值Km的長度金屬零件裂紋擴(kuò)展的門檻值是指：疲勞裂紋不擴(kuò)展（穩(wěn)定）時(shí)的最高應(yīng)力強(qiáng)度因子幅，一般取疲勞裂紋擴(kuò)展速率時(shí)K的值，該值由試驗(yàn)確定。（通過試驗(yàn)來檢驗(yàn)零件結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)力并未超過彈性極限，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)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(biāo)，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(yīng)力超過材料的屈服極限造成塑性變形而導(dǎo)致的失效稱為塑性交形失效。經(jīng)典的強(qiáng)度設(shè)計(jì)都是按照防止塑性變形失效來進(jìn)行的，即不允許零件的任何部位進(jìn)入塑性變形狀態(tài)。隨著應(yīng)力分析技術(shù)的發(fā)展，目前在設(shè)計(jì)中已逐漸采用塑性設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法時(shí)，對應(yīng)力分析、工作條件估計(jì)以及材料選擇應(yīng)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(yīng)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)生殘余應(yīng)力。,蠕變失效蠕變是指材料在一定應(yīng)力作用下，隨時(shí)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(dǎo)致的失效。,2.零件變形失效的原因,殘余應(yīng)力能使鑄件自發(fā)地變形而減小內(nèi)應(yīng)力，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，只有受拉應(yīng)力的部分被拉長或受壓應(yīng)力的部分被縮短時(shí)，才能使鑄件中的殘余應(yīng)力減小。,熱應(yīng)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(shí)刻各部分收縮量不同，使鑄件內(nèi)部相互制約，結(jié)果產(chǎn)生應(yīng)力。,相變應(yīng)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(dá)相變溫度的時(shí)間也不同，各部分相變的程度也不同所引起的應(yīng)力。,鑄件變形的結(jié)果將導(dǎo)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(yīng)力，而不能完全消除內(nèi)應(yīng)力。所以，汽車鑄造零件經(jīng)過使用磨損或機(jī)械加工修理后，由于失去平衡的殘余內(nèi)應(yīng)力存在于零件內(nèi)部，故經(jīng)過一段時(shí)間后又會產(chǎn)生二次變形，從而使零件失去應(yīng)有的精度，并導(dǎo)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(yīng)力可能會超過材料的彈性極限而造成變形。,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(dāng)外載荷引起的工作應(yīng)力與殘余應(yīng)力方向一致時(shí)。,3.基礎(chǔ)件的變形基礎(chǔ)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(chǔ)件的變形對總成和整車的工作質(zhì)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(xiàng)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(fù)運(yùn)動受阻，摩擦阻力增大，磨損加劇，影響發(fā)動機(jī)的使用壽命。同時(shí)伴隨動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放污染的惡化。試驗(yàn)表明：當(dāng)該項(xiàng)誤差在200mm的長度上，由0.05mm增加到0.18mm時(shí)，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(dǎo)致：工作振動大、螺栓易松動、齒輪磨損加劇等。,