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1、单元一 汽车零部件的失效理论 返回 1-2-1 汽车零部件失效概述 1-2-2 汽车零部件的磨损失效 1-2-3 汽车零件的疲劳断裂失效 1-2-4 汽车零件的腐蚀失效 1-2-5 汽车零件的变形失效 1-2-6 失效模式影响及危害性分析(FMEACA) 1-2-1 汽车零部件失效概述 汽车零件失效概念 汽车零件的失效（故障）：指汽车在运行过程中，零部 件逐渐丧失原有的或技术文件所要求的性能，从而引起汽车 技术状况变差，直至不能履行规定的功能。 返回下一页 事故的危害影响： 用户：影响使用，造成人车的事故，维修费加大， 社会：造成不良的社会影响，资源的浪费，社会公害加剧。 厂家：经济损失，无形
2、的损失更多品质、口碑 失效一般用于不可修复产品，故障则用于可修复产品 汽车零件失效类型 1.失效的分类 汽车整机的失效通常是由某个零部件首先损坏而引发的。而汽车零 件的失效大致有以下几种形式： 根据失效的原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生的时间以及失 效产生的后果，将失效进行不同的分类。见表2-1。 返回下一页上一页 失效原因 变形超标磨损腐蚀断裂 2.汽车零件常见的失效模式 所谓失效模式就是失效所表现的形式。 汽车零件常见的失效模式类型见表2-2。 而汽车零件的主要失效原因主要有零件的磨损、变形、疲劳损坏、 热损坏和老化、腐蚀损坏等。 返回下一页上一页 2.1.3 汽车零件的失效原因
3、汽车零件的失效原因主要有零件本身的物理耗损以及使用条件的影响 。 1.汽车零件的耗损 2.使用条件对汽车零件技术状况的影响 （1）道路条件的影响。 （2）运行条件的影响。 （3）运输条件的影响。 （4）气候条件的影响。 （5）维修水平的影响。 1-2-2 汽车零部件的磨损失效 2.2.1 汽车零件 的摩擦 1.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。 2.分类 按零件表面润滑状态的不 同，摩擦可分为干摩擦、液体 摩擦、边界摩擦和混合摩擦四 类。 有力就会产生耗损。 返回下一页 2.2.2 汽车零件的磨 损 1.磨损的概念 零件摩擦表面的金属在相 对运
4、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。 2.磨损的分类 依摩擦原理的不同，磨损 可分为磨料磨损、粘着磨损、 疲劳磨损和腐蚀磨损。 凸轮轴磨损图例1 曲轴磨损图例2 凸轮齿轮磨损图例3 腐蚀磨损图4例 1-2-2 汽车零部件的磨损失效 （1）磨料磨损。磨料磨损的定义形式、影响因素及减轻措施见表2- 3。 （2）粘着磨损。粘着磨损的定义机理、影响因素和减小措施见表2- 4。 （3）疲劳磨损。疲劳磨损的定义、分类、产生机理和减小措施见表 2-5。 （4）腐蚀磨损。腐蚀磨损的定义、分类及
5、减小措施见表2-6。 2.2.3 影响汽车零件磨损的因素及磨损规律 1.影响汽车零件磨损的因素 返回下一页上一页 1-2-2 汽车零部件的磨损失效 （1）材料性质的影响。（零部件的选择） （2）加工质量的影响。（零部件的选择） （3）工作条件的影响。 （零部件的选择以及关联因素的考虑） 返回下一页上一页 2.汽车零件磨损规律 1-2-3 汽车零件的疲劳断裂失效 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。其特点为： （1）疲劳条件下的破断应力低于材料的抗拉强度b，而且低于屈服 强度b。 （2）无论是塑性材料还是脆性材料做成的零件，在交变应力的作用 下，一般都在疲劳裂
6、纹扩展到一定程度后发生突然破坏，而且疲劳断裂 过程在宏观形貌上没有留下明显的塑性变形。 （3）疲劳破坏的宏观断口有其独特的形貌，典型的宏观疲劳断口分 为三个区域：疲劳源（或称为疲劳核心）、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂 区。 返回下一页 气缸体断裂端面 凸轮轴断裂面 断裂后的主轴承盖 气缸体断裂端面侧面 1-2-3 汽车零件的疲劳断裂失效 2.3.1 疲劳断裂失效的分类 疲劳断裂失效的分类见表2-7。 而根据零件的特点及破坏时总的应力循环次数，疲劳失效可按图2- 4所示分类。对于不同类型的疲劳失效，其分析方法是不同的。 汽车零件一般多为低应力高周疲劳断裂。 2.3.2 疲劳断裂失效机理（了解） 金属
7、零件疲劳断裂实质上是一个累积损伤过程，大体上可划分为 滑移、裂纹成核、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展、最终断裂几个过程。 图2-5 延性金属中由外载荷作用造成的滑移； 图2-6 疲劳裂纹扩展的两个阶段。 返回下一页上一页 1-2-3 汽车零件的疲劳断裂失效 2.3.3 疲劳断口宏观形貌特征（了解） 典型的宏观疲劳断口一般分为三个区域：疲劳源区或称疲劳核心区 、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区，如图 2-7 所示。 返回下一页上一页 A.A.疲劳源区疲劳源区宏观特征宏观特征: : 氧化或腐蚀较重氧化或腐蚀较重, ,颜色较深颜色较深; ; 断面平坦、光滑、细密断面平坦、光滑、细密, ,有些断口可见到闪光的小刻
8、面有些断口可见到闪光的小刻面; ; 有向外辐射的放射台阶或放射状条纹有向外辐射的放射台阶或放射状条纹; ; 在源区虽看不到疲劳弧线在源区虽看不到疲劳弧线, ,但有向外发射疲劳弧线的中心。但有向外发射疲劳弧线的中心。 B.B.疲劳裂纹扩展区：疲劳裂纹扩展区：疲劳弧线。疲劳弧线。 C.C.瞬时断裂区：瞬时断裂区：出现放射区和剪切唇。其宏观特征与带尖缺口一次性断裂的出现放射区和剪切唇。其宏观特征与带尖缺口一次性断裂的 断口相近断口相近 载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口宏观形态的影 响见表2-8。 2.3.4 提高汽车零件抗疲劳断裂的方法（关注 ） 1.延缓疲劳裂纹萌生时间 其方法有强化
9、金属合金表面，控制表面的不均匀滑移（如表面滚压 、喷丸以及表面热处理等）。原因？ 2.降低疲劳裂纹扩展的速率 其主要方法有止裂孔法、扩孔清除法、刮磨修理法。（典型的水箱 ） 3.提高疲劳裂纹门槛值 返回下一页上一页 1-2-4 汽车零件的腐蚀失效 返回下一页 定义：零件受周围介质作用而引起的损坏 分为化学腐蚀 和电化学腐蚀。 20%以上的零件因腐蚀而失效。 1.化学腐蚀失效机理： 化学腐蚀是金属与介质直 接发生化学作用而引起的损 伤 如铁在空气里： 4Fe+3O2=2FeO3 3Fe +2O2=Fe3 O4 返回下一页上一页 2.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
10、形成一 对电极，产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 浓度腐蚀 析氢腐蚀 燃气腐蚀 图 2-8 为钢在电解液膜下的电化学腐蚀过程。 3.防止金属腐蚀的措施 防止化学腐蚀的方法有：正确选用金属材料并合理设计金属结构； 添加缓蚀剂、去除介质中有害成分；隔离有害介质以及电化学保护法。 汽车上主要用覆盖层保护的方法来防止部分汽车零件的电化学腐蚀 ，覆盖层有金属性的，如镀铬、镀锡（铬和锡的耐腐蚀性很强，可以保 护金属内部）等。非金属覆盖层用得最广泛的是油漆，其次是塑料。有 些零件用化学或电化学方法在零件表面生成一层致密的保护膜，如生成 的蓝色层氧化膜、磷化而生成的
11、磷化膜，都是防止电化学腐蚀的有效方 法。 返回下一页上一页 1-2-5 汽车零件的变形失效 2.5.1 零件变形失效的类型及变形机理 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。变形是零件失效的一个重要原因。 零件变形失效的类型有弹性变形失效、塑性变形失效和蠕变变形失 效。（修理工艺考虑维修和装配过程） 1、零件在外力作用下发生弹性挠曲，其挠度超过许用值而破坏零 件间相对位置精度的现象，称为弹性变形失效。（有些不易看出来只能 凭经验） A、有弹片的插拔件松动失效 B、弹簧 （减震器） 返回下一页 1-2-5 汽车零件的变形失效 齿轮塑性变形形状变化
12、 弹簧的塑性变形图 包括：花键的扭曲、螺栓的受载变形 蠕变：在应力影响下固体材料缓慢永久性的移动或者变形的趋势。有 塑性变形的特点，不一定在是过载。 1、钨灯丝的设计。支柱之间灯丝圈的下垂随时间不断增长，原因是灯 丝自身重量而引发的蠕变变形。如果过多的变形发生，邻近圈的灯丝相 互接触，将引发短路和局部过热，从而很快导致灯丝失效 。 2、世界贸易大厦的倒塌部分是由于高温下的蠕变。 3、汽车零部件的长期使用的变形超差。 2.5.2 零件变形失效的影响因素 返回下一页上一页 1）内应力、残余内应力 2）工作温度、修理和装配精度 3）材料、结构、工艺 1-2-6 失效模式影响及危害性分析 (FMEAC
13、A) 1.按失效模式进行分析 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。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。 返回下一页 2.按系统工程分析方法进行分析（简介） 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。 返回 返回 表2-1 失效的分类及定义 下一页 返回
14、 表2-1 失效的分类及定义 上一页 返回 表2-2 汽车常见失效模式及分类 下一页 表2-2 汽车常见失效模式及分类 上一页返回 返回 表2-3 磨料磨损的定义形式、影 响因素及减轻措施 返回 表2-4 粘着磨损的定义机理、影 响因素和减小措施 返回 表2-5 疲劳磨损的定义、分类 、产生机理和减小措施 返回 表2-6 腐蚀磨损的定义、分类 及减小措施 返回 表2-7 疲劳断裂失效的分类列表 返回 表2-8 各种类型疲劳断口宏观特征 返回 表2-9 潜在失效模式及后果分析 (设计FMEA) 返回 图2-4 疲劳断裂失效的分类 返回 图2-5 延性金属中由外载荷 作用造成的滑移 返回 图2-6 疲劳裂纹扩展的两个阶段 返回 图2-7 疲劳裂纹的宏观断口示意图 返回 图2-8 钢在电解液膜下的 电化学腐蚀过程
