汽車零部件失效模式

1、第二章汽車零部件的失效模式及其分析重點(diǎn)：1.汽車零件失效的基本原因；2.汽車摩擦學(xué)理論；3.磨損的分類與失效；4.汽車零件疲勞；5.汽車零件的變形；6.汽車零件的腐蝕；第二章汽汽車零部部件的失失效模式式及其分分析難點(diǎn)：1.汽車摩擦擦學(xué)-混合摩擦擦；2.粘著磨損損；微動(dòng)動(dòng)磨損；3.腐蝕磨損損；4.提高汽車車零件抗抗疲勞斷斷裂的方方法；5.基礎(chǔ)件的的變形；第二章汽汽車零部部件的失失效模式式及其分分析汽車零部部件失效效分析，是研究究汽車零零部件喪喪失其功功能的原原因、特特征和規(guī)規(guī)律；目目的在于于：分析析原因，找出責(zé)責(zé)任，提提出改進(jìn)進(jìn)和預(yù)防防措施，提高汽汽車可靠靠性和使使用壽命命。第一節(jié)汽汽車零部部件

2、失效效的概念念及分類類一、失效效的概念念；二、失效效的基本本類型；三、零件件失效的的基本原原因；一、失效效的概念念汽車零部部件失去去原設(shè)計(jì)計(jì)所規(guī)定定的功能能稱為失失效。失失效不僅僅是指完完全喪失失原定功功能，而而且還包包含功能能降低和和有嚴(yán)重重?fù)p傷或或隱患、繼續(xù)使使用會(huì)失失去可靠靠性和安安全性的的零部件件。二、失效效的基本本形式按失效模式式和失效機(jī)理理對(duì)失效進(jìn)進(jìn)行分類類是研究究失效的的重要內(nèi)內(nèi)容。汽車零部部件按失效模式式分類可分分為磨損、疲勞斷裂裂、變形、腐蝕及老化等五類；一個(gè)零件件可能同同時(shí)存在在幾種失失效模式式或失效效機(jī)理。汽車零件件失效分分類失效類型失效模式舉例磨損粘著磨損、磨料磨損、表

3、面疲勞磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損汽缸工作表面“拉缸”、曲軸“抱軸”、齒輪表面和滾動(dòng)軸承表面的麻點(diǎn)、凹坑等疲勞斷裂低應(yīng)力高周疲勞、高應(yīng)力低周疲勞、腐蝕疲勞、熱疲勞曲軸斷裂、齒輪輪齒折斷等腐蝕化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、穴蝕濕式汽缸套外壁麻點(diǎn)、孔穴變形過量彈性變形、過量塑性變形曲軸彎曲、扭曲，基礎(chǔ)件（汽缸體、變速器殼、驅(qū)動(dòng)橋殼）變形老化龜裂、變硬橡膠輪胎、塑料器件三、零件件失效的的基本原原因工作條件件包括零件件的受力力狀況和和工作環(huán)環(huán)境；設(shè)計(jì)制制造設(shè)計(jì)不合合理、選選材不當(dāng)當(dāng)、制造造工藝不不當(dāng)?shù)龋皇褂镁S維修三、零件件失效的的基本原原因工作條條件基本原因主要內(nèi)容應(yīng)用舉例工作條件零件的受力狀況 曲柄連桿機(jī)構(gòu)在承

4、受氣體壓力過程中，各零件承受扭轉(zhuǎn)、壓縮、彎曲載荷及其應(yīng)力作用； 齒輪輪齒根部所承受的彎曲載荷及表面承受的接觸載荷等； 絕大多數(shù)汽車零件是在動(dòng)態(tài)應(yīng)力作用下工作的。工作環(huán)境； 汽車零件在不同的環(huán)境介質(zhì)和不同的工作溫度作用下，可能引起腐蝕磨損、磨料磨損以及熱應(yīng)力引起的熱變形、熱膨脹、熱疲勞等失效，還可能造成材料的脆化，高分子材料的老化等。三、零件件失效的的基本原原因設(shè)計(jì)制制造；使用維維修；基本原因主要內(nèi)容應(yīng)用舉例設(shè)計(jì)制造設(shè)計(jì)不合理； 軸的臺(tái)階處直角過渡、過小的圓角半徑、尖銳的棱邊等造成應(yīng)力集中； 花鍵、鍵槽、油孔、銷釘孔等處，設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮到這些形狀對(duì)截面的削弱和應(yīng)力集中問題，或位置安排不妥當(dāng)；選材

5、不合理；制造工藝過程中操作不合理；制動(dòng)蹄片材料熱穩(wěn)定系數(shù)不好；產(chǎn)生裂紋、高殘余內(nèi)應(yīng)力、表面質(zhì)量不良；使用維修使用；維修；汽車超載、潤(rùn)滑不良，頻繁低溫冷啟動(dòng)；破壞裝配位置，改變裝配精度；第二節(jié)汽汽車零部部件磨損損失效模模式與失失效機(jī)理理汽車或機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)動(dòng)在其運(yùn)運(yùn)動(dòng)中都都是一個(gè)個(gè)物體與與另一物物體相接接觸、或或與其周周圍的液液體或氣氣體介質(zhì)質(zhì)相接觸觸，與此此同時(shí)在在運(yùn)動(dòng)過過程中，產(chǎn)生阻阻礙運(yùn)動(dòng)動(dòng)的效應(yīng)應(yīng)，這就就是摩擦擦。由于于摩擦，系統(tǒng)的的運(yùn)動(dòng)面面和動(dòng)力力面性質(zhì)質(zhì)受到影影響和干干擾，使使系統(tǒng)的的一部分分能量以以熱量形形式發(fā)散散和以噪噪音形式式消失。同時(shí)，摩擦效效應(yīng)還伴伴隨著表表面材料料的逐漸漸消耗

6、，這就是是磨損。磨損是摩摩擦效應(yīng)應(yīng)的一種種表現(xiàn)和和結(jié)果?！澳p是是構(gòu)件由由于其表表面相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)而而在承載載表面上上不斷出出現(xiàn)材料料損失的的過程?！睋?jù)統(tǒng)計(jì)有有75%的汽車零零件由于于磨損而而報(bào)廢。因此磨磨損是引引起汽車車零件失失效的主主要原因因之一。一、摩擦擦學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)理論摩擦理論論；摩擦分分類；幾種主要要的摩擦擦理論名稱主要內(nèi)容機(jī)械理論當(dāng)兩固體表面接觸時(shí)，由于表面凹凸不平，相互嚙合，產(chǎn)生了阻礙兩固體接觸表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用。（只適用于固體的粗糙表面）分子吸附理論摩擦力產(chǎn)生得主要原因在于兩摩擦表面分子之間的相互吸引力。粘著理論摩擦力主要取決于剪斷金屬粘著和冷焊點(diǎn)所需的剪切力。分子機(jī) 械理論發(fā)生在接觸

7、點(diǎn)處分子吸引和機(jī)械嚙合所構(gòu)成的合成阻力就是所謂的摩擦力。在載荷作用下的接觸表面的相互作用可分為機(jī)械作用（取決于表面變形）和分子作用（取決于原子相互吸引），在摩擦過程中所占比例與材料的表面粗糙度、載荷大小、材料種類等因素有關(guān)。摩擦分類類分類方式內(nèi)容舉例按摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形式滑動(dòng)摩擦活塞與活塞環(huán)在氣缸孔的往復(fù)運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)軸承滾柱、滾珠與內(nèi)、外圈滾道表面間的摩擦復(fù)合摩擦凸輪軸凸輪與氣門挺桿表面間、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輪齒表面所發(fā)生的摩擦按摩擦副表面的潤(rùn)滑狀況固體摩擦汽車離合器、制動(dòng)器流體摩擦桶面活塞環(huán)與氣缸壁、軸頸與軸瓦邊界摩擦發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)與缸套上部、配汽機(jī)構(gòu)凸輪與挺桿、齒輪傳動(dòng)副的齒面二、磨損損的分類

8、類磨損與零零件所受受的應(yīng)力力狀態(tài)、工作與與潤(rùn)滑條條件、加加工表面面形貌、材料的的組織結(jié)結(jié)構(gòu)與性性能以及及環(huán)境介介質(zhì)的化化學(xué)作用用等一系系列因素素有關(guān)；按按表表面破壞壞機(jī)理和和特征，磨損可可分為磨料磨損損、粘著著磨損、表面疲疲勞磨損損、腐蝕蝕磨損和和微動(dòng)磨磨損等；前兩兩種是磨磨損的基基本類型型，后兩兩種磨損損形式只只在某些些特定條條件下才才會(huì)發(fā)生生。三、磨料料磨損及及其失效效機(jī)理磨料的來來源；粒粒度為20m30m的塵埃將將引起曲曲軸軸頸頸、氣缸缸表面的的嚴(yán)重磨磨損，而而1m以下的塵塵埃同樣樣會(huì)使凸凸輪挺桿桿副磨損損加??；磨料磨損損的失效效機(jī)理（假說）總之，磨磨料磨損損機(jī)理是是屬于磨磨料的機(jī)機(jī)械作

9、用用，這種種機(jī)械作作用在很很大程度度上與磨磨料的性性質(zhì)、形形狀及尺尺寸大小小、固定定的程度度及載荷荷作用下下磨料與與被磨表表面的機(jī)機(jī)械性能能有關(guān)。四、粘著著磨損及及其失效效機(jī)理定義：摩摩擦副相相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)，由由于固相相焊合作作用的結(jié)結(jié)果，造造成接觸觸面金屬屬損耗的的現(xiàn)象稱稱為粘著著磨損。是缺油或或油膜破破壞后發(fā)發(fā)生干摩摩擦的結(jié)結(jié)果；是是指一個(gè)個(gè)零件表表面上的的金屬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移到另另一個(gè)零零件表面面上，而而產(chǎn)生的的磨損。氣缸套與與活塞、活塞環(huán)環(huán)，曲軸軸軸頸與與軸承、凸輪與與挺桿、差速器器十字軸軸和齒輪輪等；防止粘著著磨損應(yīng)應(yīng)遵循的的原則引起粘著著磨損的的根本原原因是摩摩擦區(qū)形形成的熱熱一是設(shè)法法減小摩

10、摩擦區(qū)的的形成熱熱，使摩摩擦區(qū)的的溫度低低于金屬屬熱穩(wěn)定定性的臨臨界溫度度和潤(rùn)滑滑油熱穩(wěn)穩(wěn)定性的的臨界溫溫度。改善摩擦擦區(qū)結(jié)構(gòu)構(gòu)；改變變摩擦區(qū)區(qū)的形狀狀尺寸；配合副副的配合合間隙，采用合合適的潤(rùn)潤(rùn)滑劑及及表面膜膜。二是設(shè)法法提高金金屬熱穩(wěn)穩(wěn)定性和和潤(rùn)滑油油的熱穩(wěn)穩(wěn)定性。 在材料選選擇上應(yīng)應(yīng)選用熱熱穩(wěn)定性性高的合合金鋼并并進(jìn)行正正確的熱熱處理，或采用用熱穩(wěn)定定性高的的硬質(zhì)合合金堆焊焊。粘著磨損損影響因因素工作條條件的影影響載荷的影影響；加載不要要超過材材料硬度度值的1/3，減小載載荷，并并盡量提提高材料料的硬度度；五、表面面疲勞磨磨損及其其失效機(jī)機(jī)理定義：兩兩接觸表表面在交交變接觸觸壓應(yīng)力力的作

11、用用下，材材料表面面因疲勞勞而產(chǎn)生生物質(zhì)損損失的現(xiàn)現(xiàn)象稱為為表面疲疲勞磨損損。表表面疲勞勞磨損一一般多出出現(xiàn)在相對(duì)滾動(dòng)動(dòng)或帶有滑動(dòng)動(dòng)的滾動(dòng)動(dòng)摩擦條條件下；如齒輪輪副的輪輪齒表面面、滾動(dòng)動(dòng)軸承的的滾珠和和滾道以以及凸輪輪副等；滑動(dòng)摩摩擦?xí)r，也會(huì)出出現(xiàn)疲勞勞破壞，如巴氏氏合金軸軸承表面面材料的的疲勞剝剝落。失效原理理：表面面疲勞磨磨損是疲疲勞和摩摩擦共同同作用的的結(jié)果，其失效效過程可可分為兩兩個(gè)階段段：疲疲勞核心心裂紋的的形成； 疲疲勞裂紋紋的發(fā)展展直至材材料微粒粒的脫落落。對(duì)表面疲疲勞磨損損初始裂裂紋的形形成，有有下述幾幾種理論論：最大剪應(yīng)應(yīng)力理論論 裂裂紋起起源于次次表層；油楔理論論 裂裂紋起

12、起源于摩摩擦表面面；（滾滾動(dòng)帶滑滑動(dòng)的接接觸）裂紋起源源于硬化化層與芯芯部過度度區(qū)；六、腐蝕蝕磨損及及其失效效機(jī)理1定義：零零件表面面在摩擦擦過程中中，表面面金屬與與周圍介介質(zhì)發(fā)生生化學(xué)或或電化學(xué)學(xué)反應(yīng)，因而出出現(xiàn)物質(zhì)質(zhì)損失的的現(xiàn)象成成為腐蝕蝕磨損。腐蝕磨損損是腐蝕蝕和摩擦擦共同作作用的結(jié)結(jié)果。其其表現(xiàn)的的狀態(tài)與與介質(zhì)的的性質(zhì)、介質(zhì)作作用在摩摩擦表面面上的狀狀態(tài)以及及摩擦材材料的性性能有關(guān)關(guān)。腐蝕磨損損通常分分為：氧氧化磨損損、特殊殊介質(zhì)的的腐蝕磨磨損、穴穴蝕及氫氫致磨損損。氧化磨損損：氧化磨損損是最常常見的一一種磨損損形式，曲軸軸軸頸、氣氣缸、活活塞銷、齒輪嚙嚙合表面面、滾珠珠或滾柱柱軸承等

13、等零件都都會(huì)產(chǎn)生生氧化磨磨損。與與其它磨磨損類型型相比，氧化磨磨損具有有最小的的磨損速速度，有有時(shí)氧化化膜還能能起到保保護(hù)作用用；影影響響因素：影響氧氧化磨損損的因素素有滑動(dòng)動(dòng)速度、接觸載載荷、氧氧化膜的的硬度、介質(zhì)中中的含氧氧量、潤(rùn)潤(rùn)滑條件件以及材材料性能能等。4氣蝕（穴穴蝕或空空蝕）定義：穴穴蝕是當(dāng)當(dāng)零件與與液體接接觸并有有相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，零件表表面出現(xiàn)現(xiàn)的一種種損傷現(xiàn)現(xiàn)象。柴油機(jī)濕濕式缸套套的外壁壁與冷卻卻液接觸觸的表面面、滑動(dòng)動(dòng)軸承在在最小油油膜間隙隙之后的的油膜擴(kuò)擴(kuò)散部分分（由于于負(fù)壓的的存在），都可可能產(chǎn)生生穴蝕；穴蝕產(chǎn)生生的機(jī)理理是由于沖沖擊力而而造成的的表面疲疲勞破壞，但但液體的

14、的化學(xué)和和電化學(xué)學(xué)作用、液體中中含有雜雜質(zhì)磨料料等均可可能加速速穴蝕的的破壞過過程。氣缸套穴穴蝕為例例，由于于氣缸內(nèi)內(nèi)燃燒壓壓力隨曲曲軸轉(zhuǎn)角角而變化化，缸套套在活塞塞側(cè)向推推力的作作用下，使缸套套產(chǎn)生彈彈性變形形和高頻頻振動(dòng)。氣泡在潰潰滅的瞬瞬時(shí)產(chǎn)生生極大的的沖擊力力（幾千千甚至一一萬個(gè)大大氣壓）和高溫溫（數(shù)百百度），潰滅的的速度可可達(dá)250m/s。5氫致磨損損：含氫的材材料在摩摩擦過程程中，由由于力學(xué)學(xué)及化學(xué)學(xué)作用導(dǎo)導(dǎo)致氫的的析出。氫擴(kuò)散散到金屬屬表面的的變形層層中，使使變形層層內(nèi)出現(xiàn)現(xiàn)大量的的裂紋源源，裂紋紋的產(chǎn)生生和發(fā)展展，使表表面材料料脫落稱稱為氫致致磨損。氫可能能來自材材料本身身或是

15、環(huán)環(huán)境介質(zhì)質(zhì)，如潤(rùn)潤(rùn)滑油和和水中等等。七、微動(dòng)動(dòng)磨損及及其失效效機(jī)理1定義：兩兩接觸表表面間沒沒有宏觀觀相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，但但在外界界變動(dòng)負(fù)負(fù)荷影響響下，有有小振幅幅的相對(duì)對(duì)振動(dòng)（一般小小于100m），此時(shí)時(shí)接觸表表面間產(chǎn)產(chǎn)生大量量的微小小氧化物物磨損粉粉末，因因此造成成的磨損損稱為微微動(dòng)磨損損。微動(dòng)以三三種方式式對(duì)構(gòu)件件造成破破壞；如如在微動(dòng)動(dòng)磨損過過程中，兩個(gè)表表面之間間的化學(xué)學(xué)反應(yīng)起起主要作作用時(shí)，則稱微微動(dòng)腐蝕蝕磨損。如果微微動(dòng)表面面或次表表面層中中產(chǎn)生微微裂紋，在反復(fù)復(fù)應(yīng)力作作用下發(fā)發(fā)展成疲疲勞裂紋紋，稱為為微動(dòng)疲疲勞磨損損。第三節(jié)汽汽車車零部件件疲勞斷斷裂失效效及其機(jī)機(jī)理一、定義義：零件

16、件在交變變應(yīng)力作作用下，經(jīng)過較較長(zhǎng)時(shí)間間工作而而發(fā)生的的斷裂現(xiàn)現(xiàn)象稱為為疲勞斷斷裂。是是汽車零零件常見見及危害害性最大大的一種種失效方方式。在汽車上上，大約約有90%以上的斷斷裂可歸歸結(jié)為零零件的疲疲勞失效效。二、疲勞勞斷裂失失效的分分類：根據(jù)零件件的特點(diǎn)點(diǎn)及破壞壞時(shí)總的的應(yīng)力循循環(huán)次數(shù)數(shù)，可分分為無裂裂紋零件件和裂紋紋零件的的疲勞斷斷裂失效效。高周周疲勞發(fā)發(fā)生時(shí)，應(yīng)力在在屈服強(qiáng)強(qiáng)度以下下，零件件的壽命命主要由由裂紋的的形核壽壽命控制制。低周周疲勞發(fā)發(fā)生時(shí)的的應(yīng)力可可高于屈屈服極限限，其壽壽命受裂裂紋擴(kuò)展展壽命的的影響較較大。汽汽車零件件一般多多為低應(yīng)應(yīng)力高周周疲勞斷斷裂。三、疲勞勞斷裂失失效

17、機(jī)理理：金金屬屬零件疲疲勞斷裂裂實(shí)質(zhì)上上是一個(gè)個(gè)累計(jì)損損傷過程程。大體體可劃分分為滑移移、裂紋紋成核、微觀裂裂紋擴(kuò)展展、宏觀觀裂紋擴(kuò)擴(kuò)展、最最終斷裂裂幾個(gè)過過程。第四節(jié)汽汽車車零部件件腐蝕失失效及其其機(jī)理零件受周周圍介質(zhì)質(zhì)作用而而引起的的損壞稱稱為零件件的腐蝕蝕。按腐腐蝕機(jī)理理可分為為化學(xué)腐腐蝕和電電化學(xué)腐腐蝕，汽汽車上約約20%的零件因因腐蝕而而失效。一、化學(xué)學(xué)腐蝕失失效機(jī)理理：金屬屬零件與與介質(zhì)直直接發(fā)生生化學(xué)作作用而引引起的損損傷稱為為化學(xué)腐腐蝕。金金屬在干干燥空氣氣中的氧氧化以及及金屬在在不導(dǎo)電電介質(zhì)中中的腐蝕蝕等均屬屬于化學(xué)學(xué)腐蝕；化學(xué)腐腐蝕過程程中沒有有電流產(chǎn)產(chǎn)生，通通常在金金屬表

18、面面形成一一層腐蝕蝕產(chǎn)物膜膜，如鐵鐵在干燥燥的空氣氣中與氧氧作用生生成Fe3O4;這層膜的的性質(zhì)決決定化學(xué)學(xué)腐蝕速速度，如如果膜是是完整的的，強(qiáng)度度、塑性性都很好好，膨脹脹系數(shù)和和金屬相相近，膜膜與金屬屬的粘著著力強(qiáng)等等，就具具有保護(hù)護(hù)金屬、減緩腐腐蝕的作作用。（發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)活塞環(huán)環(huán)鍍鉻）二、電化化學(xué)腐蝕蝕失效機(jī)機(jī)理：電電化學(xué)腐腐蝕是兩兩個(gè)不同同的金屬屬在一個(gè)個(gè)導(dǎo)電溶溶液中形形成一對(duì)對(duì)電極，產(chǎn)生電電化學(xué)反反應(yīng)而發(fā)發(fā)生腐蝕蝕的作用用，使充充當(dāng)陽極極的金屬屬被腐蝕蝕。電電化學(xué)腐腐蝕的基基本特點(diǎn)點(diǎn)：在金金屬不斷斷遭到腐腐蝕的同同時(shí)還有有電流產(chǎn)產(chǎn)生。如如金屬在在酸、堿堿、鹽溶溶液及潮潮濕空氣氣中的腐腐蝕等。引引起起電化學(xué)學(xué)腐蝕的的原因是是金屬與與電解質(zhì)質(zhì)相接觸觸，由于于離子交交換，產(chǎn)產(chǎn)生電流流形成原原電池，由于電電流無法法利用，使陽極極金屬受受到腐蝕蝕，稱為為腐蝕電電池。異異類電電極電池池；濃差差腐蝕電電池（濕濕式缸套套下部的的橡膠密密封處）；局部部腐蝕電電池（金金屬表面面有氧化化膜或電電池時(shí)），也稱