《汽车零件失效理论汽车维修》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车零件失效理论汽车维修（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二篇 汽车维修基础 第5章 汽车零部件失效理论,要点: 1、汽车零部件失效的概念、分类及原因 2、汽车零部件失效机理、特征及规律 3、了解汽车技术状况的定义及变化规律,5-1 汽车失效规律,技术状况参数：评价汽车使用性能的物理量和化学量。如发动机的输出功率、转矩、油耗、排放，汽车噪声和踏板自由行程等。,一、汽车技术状况,1.汽车技术状况概述 汽车技术状况是指能够定量测得的、表征某一时刻汽车外观和性能的参数值的总和。,表征汽车技术状况的参数,结构参数：表征汽车结构的各种特性的物理量。如几何尺寸、声学、电学和热学参数等。,汽车技术状况的表述,汽车完好技术状况 指汽车完全符合技术文件规定要求的状况
2、，即汽车技术状况的各种参数值都符合技术文件的规定。,汽车不良技术状况 指汽车不符合技术文件中规定的任一要求的状况。处于不良技术状况的汽车有以下几种可能：,主要使用性能指标不符合技术文件的规定；,主要使用性能指标完全符合技术文件的规定，仅外观、外形及其他次要性能参数值不符合技术文件的规定，且不影响汽车完全发挥自身的功能。,2.汽车的工作能力与汽车故障,汽车的工作能力 汽车按技术文件规定的使用性能指标，执行规定功能的能力，称为汽车的工作能力。,汽车故障 汽车故障是指汽车部分或完全丧失工作能力的现象。 只要汽车的工作能力遭到破坏，汽车就处于故障状态。如汽车的油耗或排放超出了技术文件的规定，汽车虽然仍
3、可继续行使，但它是处于故障状态的。,3.汽车技术状况变化的外观特征,1）汽车动力性变差。（功率、加速时间）,2）汽车燃料消耗量和润滑油消耗量显著增加。,3）汽车制动性能变差。,4）汽车操纵稳定性能变差。,5）汽车排放和噪声超限。,6）汽车在行使中出现异响和异常振动，存在着引起交通事故或机械事故的隐患。,7）汽车的可靠性变差，使汽车因故障停驶的时间增加。,二、汽车零部件失效规律,1.失效的概念,失效 汽车零部件失去原设计规定的功能成为失效。 失效不仅是指完全丧失原定功能，而且还包含功能降低和有严重损伤或隐患，继续使用会失去可靠性和安全性的零部件。,失效模式 是指失效件的宏观特征。,失效机理 导致
4、零部件失效的物理、化学或机械的变化原因。,2.汽车技术状况的变化类型 渐进型 汽车技术状况的参数是随行使里程或时间作单调变化的，可用一定的回归函数式表示其变化律。 对于渐进性故障，原则上可通过及时的维修来防止故障的发生；同时，还可以通过其变化规律来预测故障的发生和对汽车进行不解体检测。 汽车零部件的磨损、间隙变化和机油消耗量以及润滑油中杂质的含量都按这一规律变化。,突发型 汽车技术状况的变化过程是随机的，没有确定的形式，无规律可循，即汽车的总成或部件达到极限状态时间是随机的、偶发的。 一般受汽车的使用条件、操作水平、零件材料的不均匀性及隐伤和缺陷等随机因素所影响。如车架、曲轴、转向节指轴的疲劳
5、断裂，就会在瞬间使汽车丧失工作能力，而与进入故障的概率和汽车过去的工作状况无关。,三、汽车失效的原因,（1）设计制造：设计不合理、制造工艺不当、材料选择不当、加工及配合精度不够等；,（2）使用与维修 ：超载、超速、润滑效果不良、滤清效果不好、违反操作规程等；零件清洁度不够、装配不良、零件修复工艺不当等。,（3）工作条件： 1）道路条件的影响 路面的平整度； 2）运行条件的影响 交通流量； 3）运输条件的影响 作业性质； 4）气候条件的影响 环境温度、湿度和风速。,（4）零件耗损：磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀、老化。,5-2 汽车零部件失效分析,汽车零部件的失效分析，是研究汽车零部件丧失规定功能的
6、原因、特征和规律，其目的是提高汽车的可靠性和使用寿命。,磨损：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、 腐蚀磨损、微动磨损；,老化：龟裂、变硬。,一、汽车零部件失效类型,变形：弹性变形和塑性变形；,疲劳断裂：高应力低周疲劳、低应力高周疲劳、腐蚀疲劳、 热疲劳；,腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀；,二、汽车零件摩擦基础知识,1.概念 两物体之间相互运动，使其接触表面产 生运动阻力的现 象称为摩擦。,2.分类 按零件表面润滑状态的不同，摩擦可分为以下四种类型。,固体摩擦（干摩擦）,摩擦副之间完全没有润滑介质时的摩擦。 处于干摩擦状态下的摩擦副表面会产生较大的运动阻力，使零件表面急剧磨损；所以，汽车上除了有意
7、加以利用的特殊场合外，一般不希望发生干摩擦。,汽车上离合器、制动器的摩擦副属于干摩擦；气缸壁上部与活塞环之间以干摩擦和边界摩擦为主；曲轴轴径和轴承之间，在工作过程中受冲击载荷作用时会出现干摩擦。,流体摩擦（液体摩擦）,相对运动的摩擦副表面不直接接触，而是被一层厚度为1.52.0m的润滑油膜完全隔开的摩擦。 处于流体摩擦状态下的摩擦副，其摩擦阻力很小（k=0.0010.008），因此零件的磨损也非常轻微。 汽车上大部分摩擦副在正常状态下都处于流体摩擦。,边界摩擦,在边界摩擦状态下，由于摩擦副表面之间的油膜厚度很小，在工作中受冲击载荷和高温等作用很容易被破坏，所以不如流体摩擦可靠。,相对运动的摩擦
8、副表面之间被一层极薄的（通常只有几个分子直径，1个分子直径=10-10 m ）、具有特殊性质的润滑油膜所隔开的摩擦。 当流体摩擦的润滑油膜形成的条件不断恶化时（如润滑油粘度、摩擦副表面相对运动速度持续降低或外载荷不断增大），流体摩擦将逐渐演变为边界摩擦。,两摩擦副表面之间同时存在干摩擦、流体摩擦和边界摩擦的摩擦。,混合摩擦,把零件的摩擦分为干摩擦、流体摩擦和边界摩擦只是为了讨论问题方便而已。实际上，零件通常都是在混合摩擦状态下工作的；各类摩擦是可以相互转换的，其摩擦状态随工作条件的变化而变化。如 ：长时间停车后重新起动的发动机，其气缸壁与活塞环摩擦副表面之间的摩擦。,三、汽车零件磨损,1.汽车
9、零件磨损的概念 汽车零件的磨损是指零件工作表面的物质由于相对运动而不断耗损的现象。,磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，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；,磨损是个十分复杂的现象，它与零件的 材料、形状、硬度、表面加工质量、受力状况、工作条件（载荷、温度、相对运动速度、润滑条件）等有关；,磨损失效是影响汽车零件可靠性的主要因素，汽车上大约有75的零件是由于磨损而报废的。,2.汽车零件磨损的分类 按照零件的表面破坏机理和特征可将汽车零件的磨损分为: 磨料磨损 粘着磨损 表面疲劳磨损 腐蚀磨损 微动磨损,3.汽车零件磨损失效分析 磨料磨损 1）磨料磨损的概念 物
10、体表面与硬质颗粒或硬质凸出物（包括硬金属）相互摩擦引起表面材料损失的现象称为磨料磨损。 磨科磨损是最常见的，同时也是危害最为严重的磨损 形式。在各类磨损形式中，它大约占磨损总消耗的50。 2）磨料磨损的失效机理 磨料磨损机理是属于磨料的机械作用，这种机械作用在很大程度上与磨料的性质、形状、尺寸大小以及载荷作用下磨料与被磨表面的机械性能有关；对于汽车零件磨料磨损的失效机理，目前存在四种假说。,以微量切削为主的假说,以断裂为主的假说,以疲劳破坏为主的假说,以压痕为主的假说,3）磨料磨损的特点 磨损剧烈,创造良好的润滑条件。,4）减轻磨料磨损的措施,对于汽车零件来说，磨料磨损的发生一般处于两种情况：
11、,粗糙的硬表面将软的摩擦副表面划伤；,由于汽车工作环境所带来的磨料以及摩擦表面脱落并在摩擦中被强化了的颗粒所产生的作用。,因此，减轻磨料磨损的具体措施有：,汽车零件在设计上应选择合适的耐磨材料；在制造过程中，应尽量提高零件的表面加工质量与硬度。,在使用与维修中，应设法防止外界磨料进入各总成内部，并进行良好的维护。,避免汽车在含尘率大的土路上列队行驶；,防止燃油、润滑油在存储和运输中混入杂质；,改善“三滤”的滤清质量；,密封曲轴箱、变速器壳体、驱动桥壳体、进气管接头等；,加强总成装配前的清洁工作。,粘着磨损,1）粘着磨损的概念 摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成接触面金属耗损的现象，
12、称为粘着磨损。 粘着磨损是缺油或油膜被破坏后（大负荷、高温等），发生干摩擦的结果。严重时会使摩擦副咬死，如“抱轴”。,2）粘着磨损的失效机理,第一类粘着磨损（冷焊）,缺油或油膜被破坏,零件表面的微凸体直接接触,接触面积小、接触应力大,微凸体塑性变形,冷焊粘着,粘着点剪断,再粘着,再剪断,零件表面材料不断耗损。,第二类粘着磨损（热磨损）,缺油或油膜被破坏,干摩擦,摩擦功转化成热量,零件表面接触点温度升高,接触点软化或熔化,粘着,剪断,再粘着,再剪断,零件表面材料不断耗损。,严重时会造成相对运动的停止，如“抱轴”、“拉缸”。,设法减小粘着磨损系数K。 选用不同金属或互溶性小的金属组成摩擦副； 选用
13、金属与非金属材料组成摩擦副； 合适的表面粗糙度； 创造良好的润滑条件。 汽车在使用过程中应避免长时间超载运行。 零件制造时应尽可能提高配合副表面硬度。,3）防止或减小粘着磨损的措施,防止热磨损的发生 设法减少摩擦区域形成的热量，使摩擦区域的温度低于金属热稳定性的临界温度和润滑油热稳定性的临界温度： 在设计上，采取摩擦区域强制冷却的结构； 在维修中，注意摩擦副的配合间隙； 走合期要低速轻载； 采用合适的润滑剂和表面化学处理形成表面膜。 （磷化、镀铜） 设法提高金属热稳定性和润滑油热稳定性，选用热稳定性高的合金钢并进行正确的热处理。,1）疲劳磨损的概念 两接触表面在交变接触压应力的作用下，材料 表
14、面因疲劳而产生物质损失的现象。 汽车上较易出现该类磨损的配合副通常有：齿 轮副、凸轮副、滚动轴承以及巴氏合金轴承表面材 料的疲劳剥落等。这些摩擦副共同的工作特点是： 摩擦表面的相对运动形式为滚动或滚动+滑动。,3.汽车零件磨损失效分析,疲劳磨损,2）疲劳磨损的失效机理 表面疲劳磨损是疲劳和摩擦共同作用的结果， 其失效过程可分为两个阶段：首先是疲劳核心裂纹 的形成，然后是疲劳裂纹的发展，直至材料微粒的 脱落。 对于表面疲劳磨损初始裂纹的形成有以下三种 理论。 最大剪应力理论 油楔理论 过渡区理论,材料：零件材料中含有非金属杂质，特别是脆性夹杂物（如氧化铝、硅酸盐、氮化物等）时，零件表面易产生疲劳
15、裂纹。（夹杂物与基体的交界处引起应力集中）,3）影响表面疲劳磨损的因素,表面疲劳磨损与零件的材料、热处理的金相组织、表面粗糙 度、接触精度以及润滑状况等有关。,强度与硬度：零件材料的抗断裂强度愈大、硬度愈高，其抗疲 劳磨损能力愈强。,强化层厚度：零件的强化层厚度要合理，使最大剪应力发生在 强化层内（0.393B），可提高抗疲劳磨损能力。,表面粗糙度愈小、接触精度愈高，其抗疲劳磨损能力愈强。,润滑油粘度较高时，由于接触面压应力近乎均匀，同时油 液 不易渗入裂纹，从而提高了零件表面抗疲劳磨损能力。,1）腐蚀磨损的概念 零件表面在摩擦过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应，而出现物质损失的现
16、象称为腐蚀磨损。 腐蚀磨损是腐蚀和摩擦共同作用的结果；其表现的状态与介质的性质、介质作用在摩擦表面上的状态以及摩擦材料的性能有关。 2）腐蚀磨损的类型 腐蚀磨损通常分为氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀及氢致磨损。,腐蚀磨损,氧化磨损 氧化磨损普遍存在于摩擦副中，其损坏特征是在金属零件的摩擦表面上沿滑动方向呈现均匀细微的磨痕（如曲轴轴颈、气缸、活塞销、齿轮啮合表面、滚珠或滚柱轴承等零件都会产生氧化磨损）。氧化磨损的磨损率在各种磨损中是最小的，且氧化膜的生成还有利于防止粘着磨损。 失效机理：由于金属材料表面与空气或润滑油中的氧相互作用，使金属表面生成单分子层氧化膜（当零件相对运动时，金属表面和周围介质之间相互作用的活性迅速增加，表面上形成氧化膜的速度更快）。如果摩擦表面微凸体上的氧化膜由于摩擦遭到破坏而脱落，那么在下一次摩擦接触前又形成新的氧化膜，这样反复进行而使零件表面产生氧化磨损。,
