汽車零件的失效形式與規(guī)律第1頁，共36頁。

配套教材信息教材名稱：汽車維修技術(shù)與設(shè)備教材主編：凌永成教材定價(jià)：30RMB出版社：北京大學(xué)出版社出版時(shí)間/版次：2008年8月第1版國際標(biāo)準(zhǔn)書號（ISBN）：978-7-301-13914-1教材所屬系列：21世紀(jì)全國高等院校大機(jī)械系列實(shí)用規(guī)劃教材汽車系列第2頁，共36頁。教學(xué)提示：熟悉汽車零件的常見失效形式和影響因素，掌握汽車零件的失效規(guī)律，對于正確使用和維護(hù)車輛具有重要意義。教學(xué)要求：本章主要介紹汽車零件的常見失效形式和汽車零件的失效規(guī)律。重點(diǎn)內(nèi)容是汽車零件的常見失效形式、影響因素和汽車零件的失效規(guī)律。要求學(xué)生了解汽車零件的常見失效形式，熟悉汽車零件失效的影響因素，掌握汽車零件的失效規(guī)律。第3頁，共36頁。2.1磨損與磨損規(guī)律零件摩擦表面的金屬在相對運(yùn)動(dòng)過程中不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。對于一個(gè)表面的磨損，可能是由于單獨(dú)的磨損機(jī)理造成的，也可能是由于綜合的磨損機(jī)理造成的。磨損的發(fā)生將造成零件形狀、尺寸及表面性質(zhì)的變化，使零件的工作性能逐漸降低。磨損是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。根據(jù)零件磨損機(jī)理的不同，可分為粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損。第4頁，共36頁。1.粘著磨損由于摩擦表面間接觸點(diǎn)粘著作用，使一個(gè)零件表面的金屬轉(zhuǎn)移到另一個(gè)零件表面所引起的磨損，稱為粘著磨損。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中所發(fā)生的粘著磨損，多數(shù)是由于配合間隙過小，運(yùn)動(dòng)零件表面加工紋理還沒有磨合好，就過早地增大負(fù)荷，使發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度過高，缺乏足夠的冷卻條件，造成零件的粘著磨損。2.磨料磨損在摩擦表面間，由于硬質(zhì)固體顆粒使相對運(yùn)動(dòng)的零件表面產(chǎn)生磨損，稱為磨料磨損。這些硬質(zhì)固體顆粒稱為磨料。第5頁，共36頁。磨料來自空氣中的塵埃、燃油及潤滑油中的雜質(zhì)及粘著磨損脫落的金屬顆粒。磨料磨損的現(xiàn)象是在兩個(gè)工作表面上存在有許多直線槽，它們可以是很輕的擦痕或是很深的溝槽。為了減輕零件的磨料磨損，一般從兩個(gè)方面采取措施：一是防止或減少空氣、燃料和潤滑油中的磨料進(jìn)入摩擦表面；二是保證零件的表面質(zhì)量，提高其耐磨性。3.表面疲勞磨損兩接觸面作滾動(dòng)或同時(shí)帶有滑動(dòng)的滾動(dòng)摩擦條件下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象叫做表面疲勞磨損。第6頁，共36頁。其特點(diǎn)是由于循環(huán)接觸應(yīng)力的作用，首先在表層內(nèi)產(chǎn)生疲勞裂紋，然后裂紋沿著與表面成銳角的方向發(fā)展，達(dá)到某一深度后，又越出表面，最后脫離，使零件表面形成了小坑。4.腐蝕磨損在摩擦過程中，由于介質(zhì)的性質(zhì)、介質(zhì)的作用與摩擦材料性能的不同，在腐蝕和磨損共同作用下導(dǎo)致零件表面物質(zhì)的損失，稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損的產(chǎn)生是由于摩擦零件的表面在腐蝕氣體或液體環(huán)境中工作時(shí)會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在零件表面上生成化學(xué)反應(yīng)膜，化學(xué)反應(yīng)膜通常與基體金屬結(jié)合不牢，零件工作時(shí)，可能使表面氧化膜分離，這些氧化膜脫落后，又成為微小磨料。第7頁，共36頁。腐蝕磨損可分為氧化磨損、微動(dòng)磨損和化學(xué)腐蝕磨損3種。汽車零件的磨損通常是有多種磨損形式共同作用的結(jié)果，其磨損強(qiáng)度與零件的材料性能、加工質(zhì)量及工作條件等因素有關(guān)。根據(jù)磨損的理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，防止或減輕磨損的方法和途徑有以下幾個(gè)方面。1.正確選擇材料應(yīng)選擇疲勞強(qiáng)度高、防腐性能好、耐磨耐高溫的新鋼種新材料。配合副零件應(yīng)盡量采用不同的材料制造，注意配對材料的互溶性。第8頁，共36頁。2.進(jìn)行表面強(qiáng)化通過適當(dāng)?shù)谋砻鎻?qiáng)化方法，如表面熱處理（鋼的表面淬火等）、表面化學(xué)熱處理（鋼的表面滲碳、滲氮等）、噴涂、噴焊、鍍層、滾壓、噴丸等，使配合副零件具有不同的表面性質(zhì)，提高零件表面的耐磨性。3.改善工作環(huán)境選用合適的潤滑劑和潤滑方法，盡量建立液體摩擦條件；盡量避免過大的載荷、過高的運(yùn)動(dòng)速度和工作溫度，創(chuàng)造良好的環(huán)境條件。4.合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正確合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是減少磨損和提高耐磨性的有效途徑。第9頁，共36頁。正確合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于摩擦副表面保護(hù)膜的形成和恢復(fù)壓力的均勻分布、磨屑的排出以及防止外界磨粒、灰塵的進(jìn)入等。5.提高零件的加工質(zhì)量零件的加工質(zhì)量，是指其表面粗糙度和幾何形狀誤差。幾何形狀誤差過大，將造成零件工作過程中受力不均，或產(chǎn)生附加載荷，使磨損加劇。表面粗糙度過大，會破壞油膜的連續(xù)性，造成零件表面凸起點(diǎn)的直接接觸，使磨損加快。在一般情況下，磨損速度隨零件表面粗糙度的減小而減小。第10頁，共36頁。但表面粗糙度減小到一定程度后，磨損速度反而隨表面粗糙度的減小而增大，如圖2.1所示。這是因?yàn)椋砻娲植诙冗^小，使零件表面的含油性降低，不利于油膜的形成，潤滑條件變差，磨損加劇。由此可見，對于不同條件下工作的零件，都應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙?。提高修?fù)質(zhì)量，提高裝配質(zhì)量，以及正確地使用和維護(hù)，都是防止和減少磨損的有效措施。圖2.1表面粗糙度對磨損的影響第11頁，共36頁。2.2腐蝕與穴蝕1.腐蝕的特點(diǎn)及危害金屬零件的腐蝕是指表面與周圍介質(zhì)起化學(xué)或電化學(xué)作用而發(fā)生的表面破壞現(xiàn)象。腐蝕損傷總是從金屬表面開始，然后或快或慢地往里深入，并使表面的外形發(fā)生變化，出現(xiàn)不規(guī)則形狀的凹洞、斑點(diǎn)等破壞區(qū)域。腐蝕的結(jié)果使金屬表面產(chǎn)生新物質(zhì)，時(shí)間長久將導(dǎo)致零件被破壞。第12頁，共36頁。2.減輕腐蝕的措施1）合理選材和設(shè)計(jì)

合理選材，即根據(jù)環(huán)境介質(zhì)和使用條件，選擇合適的材料。如選用含有鎳、鉻、硅、鈦等元素的合金鋼；在條件許可的情況下，盡量選用尼龍、塑料、陶瓷等材料。

合理設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中，雖然應(yīng)用了較優(yōu)良的材料，但是如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不考慮金屬的防腐蝕措施，常會引起機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力以及流體的停滯和聚集、局部過熱等現(xiàn)象，從而加速腐蝕過程。

不同的金屬、氣相空間、熱量和應(yīng)力不均以及體系中各部位間的其他差別，都會引起腐蝕破壞。

因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)努力使整個(gè)體系的所有條件盡可能地均勻一致，零件表面粗糙度合適，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，外形簡化。第13頁，共36頁。2）覆蓋保護(hù)層它是以表面薄膜的形式在金屬表面上附加一層不同的材料，改變零件的表面結(jié)構(gòu)，使金屬與介質(zhì)隔離開來，用以防止腐蝕。①金屬保護(hù)層。采用電鍍噴焊、化學(xué)鍍等方法，在金屬表面覆蓋一層如鎳、鉻、錫、鋅等金屬或合金作為保護(hù)層。②非金屬保護(hù)層。常用的有油漆、涂料、玻璃鋼、硬軟聚氯乙烯、耐酸酚醛塑料等，臨時(shí)性防腐可涂油或油脂。③化學(xué)保護(hù)層。用化學(xué)或電化學(xué)方法在金屬表面覆蓋一層化合物薄膜，如磷化、發(fā)藍(lán)、鈍化、氧化等。④表面合金化。如滲氮、滲鉻、滲鋁等。第14頁，共36頁。3）改變環(huán)境條件采用通風(fēng)除濕等措施去除環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)，減輕腐蝕作用。對金屬材料來講，把相對濕度控制在臨界濕度（50％～70％）以下，可顯著減緩大氣腐蝕。在腐蝕介質(zhì)中加入少量降低腐蝕速度的緩蝕劑，可減輕金屬的腐蝕。1.穴蝕的特點(diǎn)及危害相對于液體運(yùn)動(dòng)的固體表面，因氣泡破裂產(chǎn)生局部沖擊高壓或局部高溫所引起的零件表面金屬剝落現(xiàn)象稱為穴蝕。第15頁，共36頁。穴蝕常發(fā)生在柴油機(jī)缸套的外壁、水泵零件、水輪機(jī)葉片、液壓泵等處。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)濕式汽缸套的外壁經(jīng)常發(fā)生穴蝕，也稱氣蝕，如圖2.2所示?，F(xiàn)象為在局部地方集中出現(xiàn)蜂窩狀的孔穴。穴蝕現(xiàn)象在滑動(dòng)軸承、水泵零件、水輪機(jī)葉片、液壓泵中時(shí)常發(fā)生。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)向高速發(fā)展，穴蝕破壞愈來愈顯得突出。圖2.2缸套穴蝕第16頁，共36頁。2.減輕穴蝕的措施減輕穴蝕的措施主要有幾下幾種：①增加零件的剛性，改善支承，采取吸振措施，以減小液體接觸表面的振動(dòng)，以減少水擊現(xiàn)象的發(fā)生。②選用耐穴蝕的材料，如球狀或團(tuán)狀石墨的鑄鐵、不銹鋼、尼龍?？稍诹慵砻嫱克芰?、陶瓷等防穴蝕材料。③改進(jìn)零件的結(jié)構(gòu)，提高表面質(zhì)量，減少液體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的渦流或斷流現(xiàn)象。④在水中添加乳化油，減小氣泡爆破時(shí)的沖擊力。第17頁，共36頁。2.3斷裂與變形1.斷裂的分類根據(jù)對斷口的不同觀察方法和形狀特征，斷裂可以有不同的分類方法。按零件斷裂后的自然表面即斷口的宏觀形態(tài)特征，可分為塑性斷裂和脆性斷裂；按斷口的微觀形態(tài)特征分為晶間斷裂和穿晶斷裂；按零件斷裂前所承受載荷的性質(zhì)，可分為一次加載斷裂和疲勞斷裂。2.疲勞斷裂零件在較長的時(shí)間內(nèi)，在交變載荷作用下，才發(fā)生突然斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。第18頁，共36頁。汽車上零件的裂紋及斷裂，絕大多數(shù)是由疲勞引起的，疲勞斷裂占整個(gè)斷裂的70％～80％，它的類型很多，包括拉壓疲勞、彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、接觸疲勞、振動(dòng)疲勞等。疲勞又可根據(jù)循環(huán)次數(shù)的多少，分為高周疲勞和低周疲勞。零件的疲勞斷裂與靜載荷下的斷裂不同，其特點(diǎn)是破壞時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的抗拉強(qiáng)度，甚至低于材料的屈服強(qiáng)度。不論是塑性材料還是脆性材料，疲勞斷裂時(shí)，不產(chǎn)生明顯的塑性變形，均表現(xiàn)為脆性斷裂。3.減輕斷裂的措施減輕斷裂的措施主要有以下幾點(diǎn)。第19頁，共36頁。1）減少局部應(yīng)力集中大部分疲勞斷裂都是起源于應(yīng)力集中嚴(yán)重的部位，因此減少局部應(yīng)力集中是減輕或防止疲勞斷裂的最有效措施之一。在零件材料選擇時(shí)，應(yīng)盡量減少材料缺陷；設(shè)計(jì)中必須改善零件的結(jié)構(gòu)形狀，并注意減少局部應(yīng)力集中。2）減少殘余應(yīng)力影響各種加工和熱處理工藝過程，如機(jī)械加工、沖壓、彎曲、熱處理等都能引起殘余應(yīng)力?！銡堄嗬瓚?yīng)力是有害的，但殘余壓應(yīng)力則是有益的。滲碳、滲氮、噴丸和表面滾壓加工等工藝過程均可產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，它們將抵消一部分由外載荷引起的拉應(yīng)力，因而減少了發(fā)生斷裂的可能性。第20頁，共36頁。3）控制載荷防止超載載荷對斷裂有直接影響。在使用過程中，要注意零件所受載荷的大小、性質(zhì)，降低其超載程度。4）其他措施使用時(shí)應(yīng)注意早期發(fā)現(xiàn)裂紋，定期進(jìn)行無損探傷和監(jiān)測。盡量減輕零件的腐蝕損傷，盡量避免熱應(yīng)力。維修時(shí)應(yīng)注意操作規(guī)程，避免因拆裝、存放、加工而使零件受損傷。裂紋和斷裂零件可用焊接、粘接、鉚接等方法修復(fù)。對不重要零件上的裂紋，可鉆止裂孔防止或延緩其擴(kuò)展。第21頁，共36頁。大量的維修實(shí)踐表明，雖然將磨損的零件進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)了原來的尺寸、形狀和配合性質(zhì)，但裝配后仍達(dá)不到預(yù)期的效果。出現(xiàn)這種情況，通常是由于零件變形，特別是基礎(chǔ)零件變形，使零部件之間的相互位置精度遭到破壞，影響了各組成零件之間的相互關(guān)系。1.變形的基本概念機(jī)械零件在工作過程中，由于受力的作用而使零件的尺寸和形狀發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為變形。變形分彈性變形和塑性變形兩種。第22頁，共36頁。1）彈性變形彈性變形是指外力去除后能完全恢復(fù)的那部分變形。汽車零部件中，通常經(jīng)過冷校直的零件（如曲軸）經(jīng)一段時(shí)間使用后又發(fā)生彎曲，這種現(xiàn)象是彈性后效所引起的，所以校直后的零件都應(yīng)進(jìn)行退火處理。所謂彈性后效，是指金屬材料在低于彈性極限應(yīng)力作用下會產(chǎn)生應(yīng)變并逐漸恢復(fù)，但總是落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。2）塑性變形塑性變形是指外力去除后不能恢復(fù)的那部分變形。在變形中，塑性變形對零件的性能和使用壽命有很大影響。第23頁，共36頁。2.變形的危害汽車零件的變形，特別是各總成基礎(chǔ)件的變形，將導(dǎo)致各零件正常的配合性質(zhì)被破壞，潤滑條件變差，并產(chǎn)生一定的附加載荷，使零件的磨損加劇，使用壽命降低，甚至導(dǎo)致各零件不能正常運(yùn)動(dòng)，失去工作能力。3.基礎(chǔ)件變形對總成的影響1）汽缸體變形的影響汽缸體變形可能引起汽缸軸線與曲軸軸線的垂直度、曲軸軸線與凸輪軸軸線的平行度、曲軸主軸頸軸線的同軸度以及汽缸體上下平面的平行度、汽缸軸線與汽缸體下平面的垂直度等的改變。第24頁，共36頁。汽缸軸線對曲軸軸線的垂直度偏差，將引起活塞連桿組零件在汽缸內(nèi)的傾斜，使活塞環(huán)與汽缸壁之間的磨損加劇，發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命降低。主軸承座孔的同軸度偏差，將引起曲軸在座孔中的撓曲，從而影響潤滑油膜的形成和增加曲軸的附加負(fù)荷，加速了曲軸及軸承的磨損。2）變速器殼體變形的影響變速器殼體的變形主要表現(xiàn)為軸承座孔軸線的同軸度、平行度以及與前后端面的垂直度等超過公差要求。變速器殼體變形后，可能引起上、下軸承座孔軸線的平行度和前后兩端面的平行度的變化，影響變速器的正常工作和使用壽命。第25頁，共36頁。變速器殼體上、下軸承座孔軸線平行度超過允許范圍，將使變速器傳遞扭矩產(chǎn)生較大的不均勻性，同時(shí)產(chǎn)生動(dòng)載荷，工作時(shí)產(chǎn)生噪聲。變速器上下軸承座孔不平行，破壞了齒輪的正常嚙合，造成齒面偏磨，產(chǎn)生較大的軸向力，不僅加劇了齒輪的磨損，有時(shí)還造成跳擋和掉擋。第26頁，共36頁。2.4汽缸的磨損及其規(guī)律汽缸的磨損程度是判斷發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀況是否良好、是否需要大修的重要依據(jù)。汽缸磨損至一定程度，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能顯著下降，油耗急劇增加，工作性能變壞，甚至不能正常工作。因此，了解汽缸磨損原因和規(guī)律，不僅能正確地對其進(jìn)行修理，而且對于正確使用和管理汽車，減少汽缸的磨損，延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，有重要的指導(dǎo)意義。第27頁，共36頁。

汽缸是在潤滑不良、高溫、高壓、交變載荷和腐蝕性物質(zhì)作用下工作的。

汽缸磨損是不均勻的，但正常情況下有一定的規(guī)律性：1.軸向截面的磨損規(guī)律

從汽缸的縱斷面看，活塞環(huán)行程內(nèi)的磨損一般是上大下小即稱為“錐形”或“錐體”，如2.3所示。磨損的最大部位在活塞位于上止點(diǎn)時(shí)第一道活塞環(huán)所對應(yīng)的缸壁。圖2.3汽缸的錐形磨損第28頁，共36頁。2.徑向截面的磨損規(guī)律

從汽缸橫斷面來看，汽缸的磨損也是不均勻的，磨損成不規(guī)則的橢圓形，如圖2.4所示。各汽缸沿圓周方向的最大磨損部位隨汽缸結(jié)構(gòu)、車型、使用條件的不同而異。一般是進(jìn)氣門對面附近缸壁磨損最大。圖2.4汽缸的橢圓形磨損第29頁，共36頁。在汽缸內(nèi)活塞環(huán)接觸不到的上口，沒有磨損而形成了明顯的臺階，稱為“缸階”或“缸肩”，如圖2.3所示。汽缸下部活塞運(yùn)動(dòng)區(qū)域外的汽缸壁，由于潤滑條件比較好，溫度適中，沒有活塞環(huán)摩擦作用，汽缸也幾乎沒有磨損。圖2.3汽缸的錐形磨損第30頁，共36頁。在特殊情況下，汽缸的磨損不在上部，而是在中部，形成中間大的“腰鼓形”磨損，如圖2.5所示。圖2.5腰鼓形磨損示意圖在同一臺發(fā)動(dòng)機(jī)上，不同汽缸磨損情況不盡相同，一般水冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的第一缸前壁和最后一缸的后壁處磨損較為嚴(yán)重。第31頁，共36頁。

汽缸磨損主要是由機(jī)械磨損、腐蝕磨損和磨料磨損等造成的，如圖2.6所示。圖2.6汽缸磨損示意圖1-金屬磨料磨損；2-機(jī)械磨損；3-灰塵磨料磨損；4-酸性腐蝕磨損第32頁，共36頁。1.機(jī)械磨損發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，活塞環(huán)在自身彈力和高壓氣體竄