單元一 汽車維修工程(第2版)(2)

1、單元一單元一 汽車零部件的失效理論汽車零部件的失效理論返回1-2-1 1-2-1 汽車零部件失效概述汽車零部件失效概述1-2-2 1-2-2 汽車零部件的磨損失效汽車零部件的磨損失效1-2-3 1-2-3 汽車零件的疲勞斷裂失效汽車零件的疲勞斷裂失效1-2-4 1-2-4 汽車零件的腐蝕失效汽車零件的腐蝕失效1-2-5 1-2-5 汽車零件的變形失效汽車零件的變形失效1-2-6 1-2-6 失效模式影響及危害性分析失效模式影響及危害性分析(FMEACA)(FMEACA)1-2-1-2-1 1 汽車零部件失效概述汽車零部件失效概述汽車零件失效概念汽車零件失效概念 汽車零件的失效（故障）：汽車零件

2、的失效（故障）：指汽車在運(yùn)行過(guò)程中，零指汽車在運(yùn)行過(guò)程中，零部件逐漸喪失原有的或技術(shù)文件所要求的性能，從而引起汽部件逐漸喪失原有的或技術(shù)文件所要求的性能，從而引起汽車技術(shù)狀況變差，直至不能履行規(guī)定的功能。車技術(shù)狀況變差，直至不能履行規(guī)定的功能。 返回下一頁(yè)事故的危害影響事故的危害影響：用戶：用戶：影響使用，造成人車的事故，維修費(fèi)加大，影響使用，造成人車的事故，維修費(fèi)加大，社會(huì)：社會(huì)：造成不良的社會(huì)影響，資源的浪費(fèi)，社會(huì)公害加劇。造成不良的社會(huì)影響，資源的浪費(fèi)，社會(huì)公害加劇。廠家：廠家：經(jīng)濟(jì)損失，無(wú)形的損失更多經(jīng)濟(jì)損失，無(wú)形的損失更多品質(zhì)、品質(zhì)、口碑口碑失效一般用于不可修復(fù)產(chǎn)品，故障則用于可修復(fù)

3、產(chǎn)品失效一般用于不可修復(fù)產(chǎn)品，故障則用于可修復(fù)產(chǎn)品汽車零件失效類型汽車零件失效類型 1.1.失效的分類失效的分類 汽車整機(jī)的失效通常是由某個(gè)零部件首先損壞而引發(fā)的。而汽車零汽車整機(jī)的失效通常是由某個(gè)零部件首先損壞而引發(fā)的。而汽車零件的失效大致有以下幾種形式：件的失效大致有以下幾種形式：根據(jù)失效的原因、性質(zhì)、機(jī)理、程度、產(chǎn)生的速度、發(fā)生的時(shí)間以及失根據(jù)失效的原因、性質(zhì)、機(jī)理、程度、產(chǎn)生的速度、發(fā)生的時(shí)間以及失效產(chǎn)生的后果，將失效進(jìn)行不同的分類。見(jiàn)表效產(chǎn)生的后果，將失效進(jìn)行不同的分類。見(jiàn)表2-12-1。返回下一頁(yè)上一頁(yè)失效原因變形超標(biāo)磨損腐蝕斷裂 2.2.汽車零件常見(jiàn)的失效模式汽車零件常見(jiàn)的失效模

4、式 所謂失效模式就是失效所表現(xiàn)的形式。所謂失效模式就是失效所表現(xiàn)的形式。 汽車零件常見(jiàn)的失效模式類型見(jiàn)表汽車零件常見(jiàn)的失效模式類型見(jiàn)表2-22-2。 而汽車零件的主要失效原因主要有而汽車零件的主要失效原因主要有零件的磨損、變形、疲勞損壞、零件的磨損、變形、疲勞損壞、熱損壞和老化、腐蝕損壞熱損壞和老化、腐蝕損壞等。等。返回下一頁(yè)上一頁(yè)2.1.3 汽車零件的失效原因汽車零件的失效原因 汽車零件的失效原因主要有零件本身的物理耗損以及使用條件的影汽車零件的失效原因主要有零件本身的物理耗損以及使用條件的影響。響。 1.1.汽車零件的耗損汽車零件的耗損 2.2.使用條件對(duì)汽車零件技術(shù)狀況的影響使用條件對(duì)汽

5、車零件技術(shù)狀況的影響 （1 1）道路條件的影響。）道路條件的影響。 （2 2）運(yùn)行條件的影響。）運(yùn)行條件的影響。 （3 3）運(yùn)輸條件的影響。）運(yùn)輸條件的影響。 （4 4）氣候條件的影響。）氣候條件的影響。 （5 5）維修水平的影響。）維修水平的影響。1-2-2 1-2-2 汽車零部件的磨損失效汽車零部件的磨損失效 2.2.1 2.2.1 汽車零件汽車零件的摩擦的摩擦 1.1.概念概念 兩物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)使其接觸兩物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)使其接觸表面間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力的現(xiàn)象稱表面間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力的現(xiàn)象稱為摩擦，該阻力稱為摩擦力。為摩擦，該阻力稱為摩擦力。 2.2.分類分類 按零件表面潤(rùn)滑狀態(tài)的不按零件表面潤(rùn)滑狀態(tài)的不

6、同，摩擦可分為同，摩擦可分為干摩擦、液體干摩擦、液體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦四摩擦、邊界摩擦和混合摩擦四類。類。 有力就會(huì)產(chǎn)生耗損。有力就會(huì)產(chǎn)生耗損。 返回下一頁(yè)2.2.2 2.2.2 汽車零件的磨汽車零件的磨損損 1.1.磨損的概念磨損的概念 零件摩擦表面的金屬在相零件摩擦表面的金屬在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷損失的現(xiàn)象，對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷損失的現(xiàn)象，稱為稱為零件的磨損零件的磨損。磨損的發(fā)生。磨損的發(fā)生將造成零件形狀尺寸及表面性將造成零件形狀尺寸及表面性質(zhì)的變化，使零件的工作性能質(zhì)的變化，使零件的工作性能逐漸降低；但磨損有時(shí)候也是逐漸降低；但磨損有時(shí)候也是有益的，如磨合。有益的，如磨合。 2.2.磨損

7、的分類磨損的分類 依摩擦原理的不同，磨損依摩擦原理的不同，磨損可分為可分為磨料磨損、粘著磨損、磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。疲勞磨損和腐蝕磨損。凸輪軸磨損圖例1曲軸磨損圖例2凸輪齒輪磨損圖例3腐蝕磨損圖4例1-2-2 1-2-2 汽車零部件的磨損失效汽車零部件的磨損失效 （1 1）磨料磨損。磨料磨損的定義形式、影響因素及減輕措施見(jiàn)表）磨料磨損。磨料磨損的定義形式、影響因素及減輕措施見(jiàn)表2-2-3 3。 （2 2）粘著磨損。粘著磨損的定義機(jī)理、影響因素和減小措施見(jiàn)表）粘著磨損。粘著磨損的定義機(jī)理、影響因素和減小措施見(jiàn)表2-2-4 4。 （3 3）疲勞磨損。疲勞磨損的定義、分類、產(chǎn)生機(jī)理

8、和減小措施見(jiàn)表）疲勞磨損。疲勞磨損的定義、分類、產(chǎn)生機(jī)理和減小措施見(jiàn)表2-52-5。 （4 4）腐蝕磨損。腐蝕磨損的定義、分類及減小措施見(jiàn)表）腐蝕磨損。腐蝕磨損的定義、分類及減小措施見(jiàn)表2-62-6。 2.2.3 2.2.3 影響汽車零件磨損的因素及磨損規(guī)律影響汽車零件磨損的因素及磨損規(guī)律 1.1.影響汽車零件磨損的因素影響汽車零件磨損的因素 返回下一頁(yè)上一頁(yè)1-2-2 1-2-2 汽車零部件的磨損失效汽車零部件的磨損失效 （1 1）材料性質(zhì)的影響。（零部件的選擇）材料性質(zhì)的影響。（零部件的選擇） （2 2）加工質(zhì)量的影響）加工質(zhì)量的影響。（零部件的選擇）。（零部件的選擇） （3 3）工作條件

9、的影響。）工作條件的影響。 （零部件的選擇以及關(guān)聯(lián)因素的考慮）（零部件的選擇以及關(guān)聯(lián)因素的考慮）返回下一頁(yè)上一頁(yè) 2.2.汽車零件磨損規(guī)律汽車零件磨損規(guī)律 1-2-3 1-2-3 汽車零件的疲勞斷裂失效汽車零件的疲勞斷裂失效 零件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象，稱零件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象，稱為為疲勞斷裂。疲勞斷裂。其特點(diǎn)為：其特點(diǎn)為： （1 1）疲勞條件下的破斷應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度）疲勞條件下的破斷應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度 b b，而且低于屈服，而且低于屈服強(qiáng)度強(qiáng)度 b b。 （2 2）無(wú)論是塑性材料還是脆性材料做成的零件，在交變應(yīng)力的作用）無(wú)

10、論是塑性材料還是脆性材料做成的零件，在交變應(yīng)力的作用下，一般都在疲勞裂紋擴(kuò)展到一定程度后發(fā)生突然破壞，而且疲勞斷裂下，一般都在疲勞裂紋擴(kuò)展到一定程度后發(fā)生突然破壞，而且疲勞斷裂過(guò)程在宏觀形貌上沒(méi)有留下明顯的塑性變形。過(guò)程在宏觀形貌上沒(méi)有留下明顯的塑性變形。 （3 3）疲勞破壞的宏觀斷口有其獨(dú)特的形貌，典型的宏觀疲勞斷口分）疲勞破壞的宏觀斷口有其獨(dú)特的形貌，典型的宏觀疲勞斷口分為三個(gè)區(qū)域：疲勞源（或稱為疲勞核心）、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂為三個(gè)區(qū)域：疲勞源（或稱為疲勞核心）、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)。區(qū)。返回下一頁(yè)氣缸體斷裂端面凸輪軸斷裂面斷裂后的主軸承蓋氣缸體斷裂端面?zhèn)让?-2-3 1-2-

11、3 汽車零件的疲勞斷裂失效汽車零件的疲勞斷裂失效 2.3.1 2.3.1 疲勞斷裂失效的分類疲勞斷裂失效的分類 疲勞斷裂失效的分類見(jiàn)表疲勞斷裂失效的分類見(jiàn)表2-72-7。 而根據(jù)零件的特點(diǎn)及破壞時(shí)總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，疲勞失效可按圖而根據(jù)零件的特點(diǎn)及破壞時(shí)總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，疲勞失效可按圖2-2-4 4所示分類。對(duì)于不同類型的疲勞失效，其分析方法是不同的。所示分類。對(duì)于不同類型的疲勞失效，其分析方法是不同的。 汽車零件一般多為低應(yīng)力高周疲勞斷裂。汽車零件一般多為低應(yīng)力高周疲勞斷裂。 2.3.2 2.3.2 疲勞斷裂失效機(jī)理（了解）疲勞斷裂失效機(jī)理（了解） 金屬零件疲勞斷裂實(shí)質(zhì)上是一個(gè)累積損傷過(guò)程，大

12、體上可劃分金屬零件疲勞斷裂實(shí)質(zhì)上是一個(gè)累積損傷過(guò)程，大體上可劃分為為滑移、裂紋成核、微裂紋擴(kuò)展、宏觀裂紋擴(kuò)展、最終斷裂滑移、裂紋成核、微裂紋擴(kuò)展、宏觀裂紋擴(kuò)展、最終斷裂幾個(gè)過(guò)程。幾個(gè)過(guò)程。 圖圖2-5 延性金屬中由外載荷作用造成的滑移；延性金屬中由外載荷作用造成的滑移； 圖圖2-6 疲勞裂紋擴(kuò)展的兩個(gè)階段。疲勞裂紋擴(kuò)展的兩個(gè)階段。返回下一頁(yè)上一頁(yè)1-2-3 1-2-3 汽車零件的疲勞斷裂失效汽車零件的疲勞斷裂失效2.3.3 2.3.3 疲勞斷口宏觀形貌特征（了解）疲勞斷口宏觀形貌特征（了解） 典型的宏觀疲勞斷口一般分為三個(gè)區(qū)域：疲勞源區(qū)或稱疲勞核心區(qū)典型的宏觀疲勞斷口一般分為三個(gè)區(qū)域：疲勞源區(qū)

13、或稱疲勞核心區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)，如圖、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)，如圖 2-72-7 所示。所示。 返回下一頁(yè)上一頁(yè) 載荷的類型、應(yīng)力集中和名義應(yīng)力的大小對(duì)疲勞斷口宏觀形態(tài)的影載荷的類型、應(yīng)力集中和名義應(yīng)力的大小對(duì)疲勞斷口宏觀形態(tài)的影響見(jiàn)表響見(jiàn)表2-82-8。 2.3.4 2.3.4 提高汽車零件抗疲勞斷裂的方法（關(guān)注）提高汽車零件抗疲勞斷裂的方法（關(guān)注） 1.1.延緩疲勞裂紋萌生時(shí)間延緩疲勞裂紋萌生時(shí)間 其方法有強(qiáng)化金屬合金表面，控制表面的不均勻滑移（如表面滾壓其方法有強(qiáng)化金屬合金表面，控制表面的不均勻滑移（如表面滾壓、噴丸以及表面熱處理等）。、噴丸以及表面熱處理等）。原因？原因

14、？ 2.2.降低疲勞裂紋擴(kuò)展的速率降低疲勞裂紋擴(kuò)展的速率 其主要方法有止裂孔法、擴(kuò)孔清除法、刮磨修理法。（典型的水箱）其主要方法有止裂孔法、擴(kuò)孔清除法、刮磨修理法。（典型的水箱） 3. 3.提高疲勞裂紋門檻值提高疲勞裂紋門檻值 返回下一頁(yè)上一頁(yè)1-2-4 1-2-4 汽車零件的腐蝕失效汽車零件的腐蝕失效返回下一頁(yè)定義：零件受周圍介質(zhì)作用而引起的損壞定義：零件受周圍介質(zhì)作用而引起的損壞分為化學(xué)腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。和電化學(xué)腐蝕。20%以上的零件因腐蝕而失效。以上的零件因腐蝕而失效。1.1.化學(xué)腐蝕失效機(jī)理化學(xué)腐蝕失效機(jī)理：化學(xué)腐蝕是金屬與介質(zhì)直化學(xué)腐蝕是金屬與介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的

15、損接發(fā)生化學(xué)作用而引起的損傷傷如鐵在空氣里：如鐵在空氣里：4Fe+3O2=2FeO3 3Fe +2O2=Fe3 O4 返回下一頁(yè)上一頁(yè)2.2.電化學(xué)腐蝕失效機(jī)理：電化學(xué)腐蝕失效機(jī)理： 電化學(xué)腐蝕是兩個(gè)不同的金屬在一個(gè)導(dǎo)電溶液中形成一電化學(xué)腐蝕是兩個(gè)不同的金屬在一個(gè)導(dǎo)電溶液中形成一對(duì)電極，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕的作用，使充當(dāng)陽(yáng)極的對(duì)電極，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕的作用，使充當(dāng)陽(yáng)極的金屬被腐蝕。金屬被腐蝕。其它的電化學(xué)腐蝕其它的電化學(xué)腐蝕 濃度腐蝕濃度腐蝕 析氫腐蝕析氫腐蝕 燃?xì)飧g燃?xì)飧g圖圖 2-82-8 為鋼在電解液膜下的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。為鋼在電解液膜下的電化學(xué)腐蝕過(guò)程。3.3.防止金屬腐

16、蝕的措施防止金屬腐蝕的措施 防止化學(xué)腐蝕的方法有：正確選用金屬材料并合理設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)；防止化學(xué)腐蝕的方法有：正確選用金屬材料并合理設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)；添加緩蝕劑、去除介質(zhì)中有害成分；隔離有害介質(zhì)以及電化學(xué)保護(hù)法。添加緩蝕劑、去除介質(zhì)中有害成分；隔離有害介質(zhì)以及電化學(xué)保護(hù)法。 汽車上主要用覆蓋層保護(hù)的方法來(lái)防止部分汽車零件的電化學(xué)腐蝕汽車上主要用覆蓋層保護(hù)的方法來(lái)防止部分汽車零件的電化學(xué)腐蝕，覆蓋層有金屬性的，如鍍鉻、鍍錫（鉻和錫的耐腐蝕性很強(qiáng)，可以保，覆蓋層有金屬性的，如鍍鉻、鍍錫（鉻和錫的耐腐蝕性很強(qiáng)，可以保護(hù)金屬內(nèi)部）等。非金屬覆蓋層用得最廣泛的是油漆，其次是塑料。有護(hù)金屬內(nèi)部）等。非金屬覆蓋層

17、用得最廣泛的是油漆，其次是塑料。有些零件用化學(xué)或電化學(xué)方法在零件表面生成一層致密的保護(hù)膜，如生成些零件用化學(xué)或電化學(xué)方法在零件表面生成一層致密的保護(hù)膜，如生成的藍(lán)色層氧化膜、磷化而生成的磷化膜，都是防止電化學(xué)腐蝕的有效方的藍(lán)色層氧化膜、磷化而生成的磷化膜，都是防止電化學(xué)腐蝕的有效方法。法。返回下一頁(yè)上一頁(yè)1-2-5 1-2-5 汽車零件的變形失效汽車零件的變形失效 2.5.1 2.5.1 零件變形失效的類型及變形機(jī)理零件變形失效的類型及變形機(jī)理 零件在使用過(guò)程中，由于承載或內(nèi)部應(yīng)力的作用，使零件的尺寸和零件在使用過(guò)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)象稱為形狀改變的現(xiàn)象稱

18、為零件的變形。零件的變形。變形是零件失效的一個(gè)重要原因。變形是零件失效的一個(gè)重要原因。 零件變形失效的類型有零件變形失效的類型有彈性變形失效、塑性變形失效和蠕變變形失彈性變形失效、塑性變形失效和蠕變變形失效。（修理工藝考慮維修和裝配過(guò)程）效。（修理工藝考慮維修和裝配過(guò)程） 1 1、零件在外力作用下發(fā)生彈性撓曲，其撓度超過(guò)許用值而破壞零、零件在外力作用下發(fā)生彈性撓曲，其撓度超過(guò)許用值而破壞零件間相對(duì)位置精度的現(xiàn)象，稱為件間相對(duì)位置精度的現(xiàn)象，稱為彈性變形失效。（有些不易看出來(lái)只能彈性變形失效。（有些不易看出來(lái)只能憑經(jīng)驗(yàn)）憑經(jīng)驗(yàn)） A A、有彈片的插拔件松動(dòng)失效、有彈片的插拔件松動(dòng)失效 B B、彈

19、簧、彈簧 （減震器）（減震器） 返回下一頁(yè)1-2-5 1-2-5 汽車零件的變形失效汽車零件的變形失效齒輪塑性變形形狀變化彈簧的塑性變形圖包括：花鍵的扭曲、螺栓的受載變形蠕變：蠕變：在應(yīng)力影響下固體材料緩慢永久性的移動(dòng)或者變形的趨勢(shì)。有 塑性變形的特點(diǎn)，不一定在是過(guò)載。 1、鎢燈絲的設(shè)計(jì)。支柱之間燈絲圈的下垂隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)，原因是燈絲自身重量而引發(fā)的蠕變變形。如果過(guò)多的變形發(fā)生，鄰近圈的燈絲相互接觸，將引發(fā)短路和局部過(guò)熱，從而很快導(dǎo)致燈絲失效 。2、世界貿(mào)易大廈的倒塌部分是由于高溫下的蠕變。 3、汽車零部件的長(zhǎng)期使用的變形超差。2.5.2 2.5.2 零件變形失效的影響因素零件變形失效的影響因

20、素 返回下一頁(yè)上一頁(yè) 1 1）內(nèi)應(yīng)力、殘余內(nèi)應(yīng)力）內(nèi)應(yīng)力、殘余內(nèi)應(yīng)力 2 2）工作溫度、修理和裝配精度）工作溫度、修理和裝配精度 3 3）材料、結(jié)構(gòu)、工藝）材料、結(jié)構(gòu)、工藝1-2-6 1-2-6 失效模式影響及危害性分析失效模式影響及危害性分析( (FMEACAFMEACA) ) 1.1.按失效模式進(jìn)行分析按失效模式進(jìn)行分析 失效模式是一種或幾種物理或化學(xué)過(guò)程所產(chǎn)生的效應(yīng)，導(dǎo)致零件在失效模式是一種或幾種物理或化學(xué)過(guò)程所產(chǎn)生的效應(yīng)，導(dǎo)致零件在尺寸、形狀、狀態(tài)或性能上發(fā)生明顯變化，造成整臺(tái)機(jī)器喪失原設(shè)計(jì)能力。根尺寸、形狀、狀態(tài)或性能上發(fā)生明顯變化，造成整臺(tái)機(jī)器喪失原設(shè)計(jì)能力。根據(jù)零件的殘骸（斷口、

21、磨屑等）的特征和殘留的有關(guān)失效過(guò)程信息，可首先判據(jù)零件的殘?。〝嗫?、磨屑等）的特征和殘留的有關(guān)失效過(guò)程信息，可首先判斷失效模式，進(jìn)而推斷失效的根本原因。斷失效模式，進(jìn)而推斷失效的根本原因。返回下一頁(yè) 2. 2.按系統(tǒng)工程分析方法進(jìn)行分析（簡(jiǎn)介）按系統(tǒng)工程分析方法進(jìn)行分析（簡(jiǎn)介） 這種方法是把產(chǎn)品看成一個(gè)系統(tǒng)，采用數(shù)學(xué)方法或計(jì)算機(jī)等現(xiàn)這種方法是把產(chǎn)品看成一個(gè)系統(tǒng)，采用數(shù)學(xué)方法或計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化工具，研究系統(tǒng)故障率的原因與結(jié)果之間的邏輯關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)代化工具，研究系統(tǒng)故障率的原因與結(jié)果之間的邏輯關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換等功能進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、制造、維構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息交換等功能進(jìn)行