07.第七章 汽車零件失效分析.ppt

1、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)，進而找出改進設(shè)計制造和使用技術(shù)，延長零件使用壽命。零件失效的總的原因有工作條件、設(shè)計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)、潤滑情況，粗暴使用等；設(shè)計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、是否按期的進行維護、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

2、車零件失效的概念及分類 1.磨損 由于相對運動引起的零件表面材料 不斷損耗的現(xiàn)象稱為磨損。磨損是 零件最常見的損傷形式。,（1）摩擦與潤滑 按摩擦副間的潤滑狀態(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有潤滑 油或其他潤滑介質(zhì)時的摩擦稱為干摩擦。 在干摩擦條件下，摩擦表面直接接觸，由于零件表面分 子吸引和機械嚙合作用，消耗較多的動力，并將其轉(zhuǎn)化 成為有害的摩擦熱。同時，干摩擦往往伴隨著強烈的摩 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，又稱液體潤滑，是相對運動的摩擦副表 面

3、間不直接接觸，而被一層厚1.52.0m以上的 潤滑油膜完全隔開的摩擦。 由于兩摩擦表面不直接接觸，產(chǎn)生的摩擦為潤滑油 分子之間的內(nèi)摩擦，因而摩擦系數(shù)很小，通常為 0.0010.008, 從而有效地降低了磨損，改善了摩 擦副的工作性能，是最理想的一種潤滑形式。 汽車典型的流體摩擦：曲軸軸承、 凸輪軸軸承、發(fā)動機增壓器軸承等,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，間隙過大不能建立足夠的油壓；間隙過小不能保證最小的油膜厚度，均不能形成流體摩擦。 b.良好的潤滑條件。是指潤滑油要有合適的粘度和油性，而且建立足夠的油壓。 c.運動速度足夠。只有保證足夠的運動

4、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，要合理選擇潤滑油，保證潤滑油良好的油性、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滑油邊界膜隔開的摩擦。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，大部分摩擦副的潤滑形式為邊界摩擦。 極性的潤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，是極為普遍的潤滑形式，如發(fā)動機活塞環(huán)和氣缸壁、配氣機構(gòu)的凸輪與挺桿、齒輪傳動副的齒面等。 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

5、磨損。,于發(fā)動機而言，磨料的主要來源為空氣、燃油、機油；零件表面磨下來的磨屑；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：加強發(fā)動機三濾，即對燃油、機油和空氣的濾清，定期的更換三濾；定期的更換機油和對潤滑系統(tǒng)進行不解體清洗；維修裝配時確保清潔，避免磨料進入摩擦副。,（1）磨料磨損,（2）粘著磨損 粘著磨損是指由于粘著作用使一個零件 表面的金屬轉(zhuǎn)移到另一零件表面的磨損。 由于粘著磨損有兩件表面材 料的轉(zhuǎn)移，所以是一種極其 惡劣的磨損形式，一旦發(fā)生 粘著磨損，就會引起零件報 廢，所以在機械中應(yīng)該絕對 避免這種磨損。拉缸和抱瓦 既是典型的粘著磨損。,粘著磨損的機理 摩擦副零

6、件表面粗糙不平，實際接觸面積極小，在相對運動中接觸點會發(fā)生塑性變形并生熱，使接觸點發(fā)生熔化或軟化時（熱粘）；當(dāng)零件表面的氧化膜被擦去，金屬原子直接接觸時（冷粘），即發(fā)生粘著，繼續(xù)運動粘著點發(fā)生撕脫，即發(fā)生粘著磨損。從機理可以看出，粘著磨損可分為熱粘和冷粘。熱粘是由于高溫引起的，冷粘是由于零件表面的金屬原子直接接觸引起的。,（3）表面疲勞磨損,在滾動或滾動加小滑動摩擦中，在交變的表面接觸應(yīng)力反復(fù)作用下使零件表面發(fā)生脫落的現(xiàn)象，稱之為疲勞磨損。,疲勞磨損主要與材料的硬度、表面粗糙度、零件表面或表層缺陷、潤滑油粘度、表面應(yīng)力、相對滑動等有關(guān)。使用維修中降低疲勞磨損的主要措施是控制載荷和合理選擇潤滑油

7、。,汽車上典型的疲勞磨損件有各種滾動軸承、 氣門工作錐面和齒輪齒面。,（4）腐蝕磨損。,零件表面被腐蝕，腐蝕層被磨去再腐蝕再磨去 的反復(fù)過程稱為疲勞磨損。,按照機理，疲勞磨損分為化學(xué)腐蝕磨損和電化學(xué)腐蝕磨損。,典型的電化學(xué)腐蝕磨損為汽缸的低溫磨損，發(fā)動 機溫度低，在汽缸壁上會吸附一層水膜，水膜溶 解燃燒廢氣中的酸性氣體，如SO2和其他的酸性 氣體。這些物質(zhì)均會腐蝕汽缸壁，引起腐蝕磨 損，所以發(fā)動機應(yīng)避免低溫運行。,（5）穴蝕,由于零件表面與液體之間發(fā)生相對運動引起的磨損稱為穴蝕。典型的穴蝕是濕式汽缸套外表面，嚴重的穴蝕能將缸套穴蝕透。,（6）微動磨損 在靜配合處由于微小移動引起的磨損稱為微動磨

8、損。如干式汽缸套外圓與乘孔、曲軸軸承外圓與軸承乘孔等均會產(chǎn)生微動磨損。微動磨損是磨料磨損、氧化磨損、疲勞疲勞和粘著磨損共同作用的結(jié)果。影響微動磨損的主要因素是靜配合處相對振幅的大小。維修中要保證靜配合處的過盈量，減小配合表面的振幅。,3.零件磨損特性曲線,一般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)律性，這種普遍存在的規(guī)律性，即零件的磨 損特性。,由于機械加工獲得的零件摩擦表面比較粗糙，使實際接觸面積很小，實際接觸點上的接觸壓力極高。且新配合副的配合間隙較小，良好潤滑油膜還沒有形成。這就使得走合期的零件磨損率較高。隨著走合期的進展，兩摩擦表面配合狀況迅

9、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形狀的改善也都有利于潤滑油膜的形成和潤滑條件的改善，是磨損率銳減，磨損也趨于正常。,汽車零件經(jīng)過走合期后就進入了正常 工作 期。由于零件已經(jīng)過了初期走合階段，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)，因而磨損 率最低，且一般為一不變的常數(shù)段)。因 此，正常工作 期中汽車零件的磨損量隨行 駛里程或使用時間的增加而緩慢增加，兩 者之間呈線性關(guān)系。,階段是汽車零件的極限磨損期。使用中的汽車零件進入該時期后，由于配合副間隙已達到或超過極限值，使零件表面間沖擊載荷增大，而且由于間隙過大，使?jié)櫥土?/p>

10、失嚴重，流體潤滑油膜極易遭到破壞，從而使零件的磨損率急劇增大，磨損量也因此大幅度增加。若不加修理而繼續(xù)使用，則勢必使汽車零件的磨損由正常磨損轉(zhuǎn)化為事故性磨損，造成零件迅速損壞，技術(shù)狀況急劇變壞，工作能力迅速下降。,4. 典型汽車零件的磨損及其對策,（1）氣缸活塞環(huán)的磨損及其對策 由于氣缸磨損是判斷發(fā)動機是否需要大修的主要依據(jù)，因此研究氣缸活塞環(huán)這對摩擦副的磨損特點及規(guī)律，找出對策，無疑對提高發(fā)動機乃至整車的大修間隔里程有著極重要的意義。 氣缸磨損的特點 正常情況下，氣缸表面沿其高度方向在活塞環(huán)運動區(qū)域內(nèi)形成不均勻的磨損，磨損成上大下小的錐形。氣缸壁最大磨損的部位，是當(dāng)活塞位于行程上止點時第一道活塞環(huán)所對應(yīng)的缸壁處。,氣缸沿圓周方向的磨損呈不規(guī)則的橢圓形，即出現(xiàn)較大的圓度誤差，其各方向的磨損量往往相差35倍。最大磨損雖在氣缸沿其高度方向磨損最大的截面內(nèi)，但具體方位隨車型、發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計、使用條件等的不同而異。對正常情況下的頂置氣門發(fā)動機而言，一般偏于做功行程受側(cè)壓力