第七章汽車零件失效

第七章汽車零件失效分析零件失效是指零件部分或完全喪失工作能力的現(xiàn)象。汽車零件失效理論是汽車維修的基本理論，主要研究零件喪失工作能力的原因、特征和規(guī)律；研究其失效的分析技術(shù)和預(yù)防技術(shù)，進(jìn)而找出改進(jìn)設(shè)計(jì)制造和使用技術(shù)，延長(zhǎng)零件使用壽命。零件失效的總的原因有工作條件、設(shè)計(jì)制造和使用維修等方面的原因。工作條件主要包括應(yīng)力狀態(tài)、溫度、環(huán)境介質(zhì)、潤(rùn)滑情況，粗暴使用等；設(shè)計(jì)制造原因主要包括零件結(jié)構(gòu)是否合理，材料選擇是否合適，制造是否有缺陷，是否有應(yīng)力集中等；維修方面的原因主要包括配合副的配合情況、是否按期的進(jìn)行維護(hù)、零件修理是否造成零件缺陷和損傷等。

零件失效模式磨損疲勞腐蝕變形老化

1汽車零件失效的概念及分類1.磨損由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的零件表面材料不斷損耗的現(xiàn)象稱為磨損。磨損是零件最常見(jiàn)的損傷形式。（1）摩擦與潤(rùn)滑按摩擦副間的潤(rùn)滑狀態(tài)，摩擦分為：干摩擦、流體摩擦、邊界摩擦三種。干摩擦--在汽車上，一般將摩擦副表面間完全沒(méi)有潤(rùn)滑油或其他潤(rùn)滑介質(zhì)時(shí)的摩擦稱為干摩擦。在干摩擦條件下，摩擦表面直接接觸，由于零件表面分子吸引和機(jī)械嚙合作用，消耗較多的動(dòng)力，并將其轉(zhuǎn)化成為有害的摩擦熱。同時(shí)，干摩擦往往伴隨著強(qiáng)烈的摩擦副表面磨損，所以一般不希望在汽車上發(fā)生固體摩擦。金屬材料一旦出現(xiàn)干摩擦，必然引起粘著（2）流體摩擦流體摩擦，又稱液體潤(rùn)滑，是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦副表面間不直接接觸，而被一層厚1.5～2.0μm以上的潤(rùn)滑油膜完全隔開(kāi)的摩擦。由于兩摩擦表面不直接接觸，產(chǎn)生的摩擦為潤(rùn)滑油分子之間的內(nèi)摩擦，因而摩擦系數(shù)很小，通常為0.001～0.008,從而有效地降低了磨損，改善了摩擦副的工作性能，是最理想的一種潤(rùn)滑形式。

汽車典型的流體摩擦：曲軸軸承、凸輪軸軸承、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器軸承等流體摩擦的形成條件：a.合適的楔形間隙。只有在合適的楔形間隙處才可能形成流體摩擦，間隙過(guò)大不能建立足夠的油壓；間隙過(guò)小不能保證最小的油膜厚度，均不能形成流體摩擦。b.良好的潤(rùn)滑條件。是指潤(rùn)滑油要有合適的粘度和油性，而且建立足夠的油壓。c.運(yùn)動(dòng)速度足夠。只有保證足夠的運(yùn)動(dòng)速度，才能建立承受載荷的油壓，才能將軸托起。為了保證良好的流體摩擦，要合理選擇潤(rùn)滑油，保證潤(rùn)滑油良好的油性、合適的粘度、足夠的清潔。（3）邊界摩擦邊界摩擦是指摩擦表面被潤(rùn)滑油邊界膜隔開(kāi)的摩擦。由于流體摩擦形成條件苛刻，很多摩擦副不具備其形成條件，大部分摩擦副的潤(rùn)滑形式為邊界摩擦。極性的潤(rùn)滑油分子吸附在零件表面上既形成邊界膜。所以邊界摩擦很容易形成，是極為普遍的潤(rùn)滑形式，如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)和氣缸壁、配氣機(jī)構(gòu)的凸輪與挺桿、齒輪傳動(dòng)副的齒面等。邊界膜有物理膜和化學(xué)膜兩種。

2.零件磨損按照磨損機(jī)理，磨損可以分為：磨料磨損粘著磨損疲勞磨損腐蝕磨損摩擦表面由于硬質(zhì)顆粒引起的磨損稱為磨料磨損。于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，磨料的主要來(lái)源為空氣、燃油、機(jī)油；零件表面磨下來(lái)的磨屑；燃燒的積碳和膠質(zhì)等。在維修使用的避免或減緩磨料磨損速度的主要措施是：加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)三濾，即對(duì)燃油、機(jī)油和空氣的濾清，定期的更換三濾；定期的更換機(jī)油和對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行不解體清洗；維修裝配時(shí)確保清潔，避免磨料進(jìn)入摩擦副。（1）磨料磨損（2）粘著磨損粘著磨損是指指由于粘著作作用使一個(gè)零零件表面的金屬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到另一零零件表面的磨磨損。由于粘著磨損損有兩件表面面材料的轉(zhuǎn)移，所所以是一種極極其惡劣的磨損形形式，一旦發(fā)發(fā)生粘著磨損，就就會(huì)引起零件件報(bào)廢，所以在機(jī)機(jī)械中應(yīng)該絕絕對(duì)避免這種磨損損。拉缸和抱抱瓦既是典型的粘粘著磨損。粘著磨損的機(jī)機(jī)理摩擦副零件表表面粗糙不平平，實(shí)際接觸觸面積極小，，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)中接觸點(diǎn)會(huì)會(huì)發(fā)生塑性變變形并生熱，，使接觸點(diǎn)發(fā)發(fā)生熔化或軟軟化時(shí)（熱粘粘）；當(dāng)零件件表面的氧化化膜被擦去，，金屬原子直直接接觸時(shí)（（冷粘），即即發(fā)生粘著，，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)粘粘著點(diǎn)發(fā)生撕撕脫，即發(fā)生生粘著磨損。。從機(jī)理可以以看出，粘著著磨損可分為為熱粘和冷粘粘。熱粘是由由于高溫引起起的，冷粘是是由于零件表表面的金屬原原子直接接觸觸引起的。（3）表面疲勞磨磨損在滾動(dòng)或滾動(dòng)動(dòng)加小滑動(dòng)摩摩擦中，在交交變的表面接接觸應(yīng)力反復(fù)復(fù)作用下使零零件表面發(fā)生生脫落的現(xiàn)象象，稱之為疲疲勞磨損。疲勞磨損主要要與材料的硬硬度、表面粗粗糙度、零件件表面或表層層缺陷、潤(rùn)滑滑油粘度、表表面應(yīng)力、相相對(duì)滑動(dòng)等有有關(guān)。使用維維修中降低疲疲勞磨損的主主要措施是控控制載荷和合合理選擇潤(rùn)滑滑油。汽車上典型的的疲勞磨損件件有各種滾動(dòng)動(dòng)軸承、氣門工作錐面面和齒輪齒面面。（4）腐蝕磨損。。零件表面被腐腐蝕，腐蝕層層被磨去再腐腐蝕再磨去的反復(fù)過(guò)程稱稱為疲勞磨損損。按照機(jī)理，疲疲勞磨損分為為化學(xué)腐蝕磨磨損和電化學(xué)學(xué)腐蝕磨損。。典型的電化學(xué)學(xué)腐蝕磨損為為汽缸的低溫溫磨損，發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)溫度低，在在汽缸壁上會(huì)會(huì)吸附一層水水膜，水膜溶溶解燃燒廢氣中中的酸性氣體體，如SO2和其他的酸性性氣體。這些物物質(zhì)均會(huì)腐蝕蝕汽缸壁，引引起腐蝕磨損，所以發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)應(yīng)避免低低溫運(yùn)行。（5）穴蝕由于零件表面面與液體之間間發(fā)生相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)引起的磨磨損稱為穴蝕蝕。典型的穴穴蝕是濕式汽汽缸套外表面面，嚴(yán)重的穴穴蝕能將缸套套穴蝕透。（6）微動(dòng)磨損在靜配合處由由于微小移動(dòng)動(dòng)引起的磨損損稱為微動(dòng)磨磨損。如干式式汽缸套外圓圓與乘孔、曲曲軸軸承外圓圓與軸承乘孔孔等均會(huì)產(chǎn)生生微動(dòng)磨損。。微動(dòng)磨損是是磨料磨損、、氧化磨損、、疲勞疲勞和和粘著磨損共共同作用的結(jié)結(jié)果。影響微微動(dòng)磨損的主主要因素是靜靜配合處相對(duì)對(duì)振幅的大小小。維修中要要保證靜配合合處的過(guò)盈量量，減小配合合表面的振幅幅。3.零件磨損特性性曲線一般汽車零件件的磨損過(guò)程程，即從開(kāi)始始工作直至最后失效，其其磨損量與與工作時(shí)間具具有一定的規(guī)律性，這種種普遍存在的的規(guī)律性，即即零件的磨損特性。由于機(jī)械加工工獲得的零件件摩擦表面比比較粗糙，使使實(shí)際接觸面面積很小，實(shí)實(shí)際接觸點(diǎn)上上的接觸壓力力極高。且新新配合副的配配合間隙較小小，良好潤(rùn)滑滑油膜還沒(méi)有有形成。這就就使得走合期期的零件磨損損率較高。隨隨著走合期的的進(jìn)展，兩摩摩擦表面配合合狀況迅速改改善，實(shí)際接接觸面積迅速速增加，使真真實(shí)接觸點(diǎn)上上的接觸壓力力降低。配合合間隙的增大大和表面形狀狀的改善也都都有利于潤(rùn)滑滑油膜的形成成和潤(rùn)滑條件件的改善，是是磨損率銳減減，磨損也趨趨于正常。汽車零件經(jīng)過(guò)過(guò)走合期后就就進(jìn)入了正常常工作期。由于零件件已經(jīng)過(guò)了初初期走合階段段，摩擦表面真實(shí)接接觸面積，表表面幾何形狀狀，摩擦副配合間隙隙都處于理想想狀態(tài)，因而而磨損率最低，且一一般為一不變變的常數(shù)Ⅱ段)。因此，正常工作作期中汽車車零件的磨損損量隨行駛里程或使用用時(shí)間的增加加而緩慢增加加，兩者之間呈線性性關(guān)系。Ⅲ階段是汽車零零件的極限磨磨損期。使用用中的汽車零零件進(jìn)入該時(shí)時(shí)期后，由于于配合副間隙隙已達(dá)到或超超過(guò)極限值，，使零件表面面間沖擊載荷荷增大，而且且由于間隙過(guò)過(guò)大，使?jié)櫥土魇?yán)重重，流體潤(rùn)滑滑油膜極易遭遭到破壞，從從而使零件的的磨損率急劇劇增大，磨損損量也因此大大幅度增加。。若不加修理理而繼續(xù)使用用，則勢(shì)必使使汽車零件的的磨損由正常常磨損轉(zhuǎn)化為為事故性磨損損，造成零件件迅速損壞，，技術(shù)狀況急急劇變壞，工工作能力迅速速下降。4.典型汽車零件件的磨損及其其對(duì)策（1）氣缸—活塞環(huán)的磨損損及其對(duì)策由于氣缸磨損損是判斷發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)是否需要要大修的主要要依據(jù)，因此此研究氣缸—活塞環(huán)這對(duì)摩摩擦副的磨損損特點(diǎn)及規(guī)律律，找出對(duì)策策，無(wú)疑對(duì)提提高發(fā)動(dòng)機(jī)乃乃至整車的大大修間隔里程程有著極重要要的意義。①氣缸磨損的的特點(diǎn)正常情況下，，氣缸表面沿沿其高度方向向在活塞環(huán)運(yùn)運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)形形成不均勻的的磨損，磨損損成上大下小小的錐形。氣氣缸壁最大磨磨損的部位，，是當(dāng)活塞位位于行程上止止點(diǎn)時(shí)第一道道活塞環(huán)所對(duì)對(duì)應(yīng)的缸壁處處。氣缸沿圓周周方向的磨磨損呈不規(guī)規(guī)則的橢圓圓形，即出出現(xiàn)較大的的圓度誤差差，其各方方向的磨損損量往往相相差3~5倍。最大磨磨損雖在氣氣缸沿其高高度方向磨磨損最大的的截面內(nèi)，，但具體方方位隨車型型、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)、使用條條件等的不不同而異。。對(duì)正常情情況下的頂頂置氣門發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)而言言，一般偏偏于做功行行程受側(cè)壓壓力大的一一側(cè)。②氣缸高度度方向上錐錐形磨損原原因分析a.工作氣體壓壓力的影