任務(wù)3.1汽車可靠性分析3.1.1汽車可靠性概述1.汽車可靠性的定義

汽車的可靠性是指汽車產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的可靠性越來越受到人們的重視。對于汽車制造者而言，提高汽車的可靠性就是為了汽車制造企業(yè)生存的需要。對于汽車使用者而言，面對性能、價(jià)格和可靠性各異的汽車，絕大多數(shù)的用戶都會(huì)把汽車的可靠性作為首選因素。3.1.1汽車可靠性概述2.汽車可靠性的要素

從汽車可靠性的定義可以看出汽車的可靠性包含四個(gè)要素，即汽車產(chǎn)品、規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間和規(guī)定功能。

（l）汽車產(chǎn)品

汽車產(chǎn)品包括整車、總成和零部件，它們都是汽車可靠性研究的對象。

（2）規(guī)定條件

汽車產(chǎn)品規(guī)定的使用條件包括工作條件、運(yùn)用條件、維修條件和管理?xiàng)l件等。這些條件都直接影響汽車的可靠性。

汽車產(chǎn)品的工作條件包括氣候條件、道路狀況好地理位置等環(huán)境條件。

汽車產(chǎn)品的運(yùn)用條件包括載荷性質(zhì)、運(yùn)輸種類和行駛速度等條件。

汽車產(chǎn)品的維修條件包括維修方式、維修水平和維修制度等條件。

汽車產(chǎn)品的管理?xiàng)l件包括存放環(huán)境、管理水平和駕駛員技術(shù)水平等條件。

（3）規(guī)定時(shí)間

規(guī)定時(shí)間是指汽車使用量的尺度，可以是行駛里程數(shù)、工作循環(huán)次數(shù)，也可以是時(shí)間數(shù)（如小時(shí)、天數(shù)、月數(shù)、年數(shù)）等。在汽車使用過程中，保修期、第一次大修里程、報(bào)廢周期等都是重要的規(guī)定時(shí)間。

（4）規(guī)定功能

規(guī)定功能是指汽車設(shè)計(jì)任務(wù)書、使用說明書、訂貨合同以及國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種功能、性能和要求。不能完成規(guī)定功能就是不可靠，稱之為發(fā)生了故障或失效了。故障包括：汽車停駛的完全性故障（硬故障）；汽車不能正常工作的間歇故障；汽車性能逐漸下降到最低規(guī)定限度而不能正常使用的衰退性故障（軟故障）。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降造成輸出轉(zhuǎn)矩減小以及爬坡能力不足、汽車的制動(dòng)性能逐漸衰退超出交通法規(guī)限制范圍且影響汽車的安全行駛，這些都屬于典型的衰退性故障，應(yīng)引起使用者以及維修人員的重視。3.1.1汽車可靠性概述3.汽車可靠性的發(fā)展歷程

可靠性的發(fā)展歷程可以追溯到60多年前，汽車產(chǎn)品的可靠性研究則相對較晚?？煽啃缘陌l(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)期。

（1）搖籃期

可靠性的研究始于第二次世界大戰(zhàn)。當(dāng)時(shí)，美軍因飛行故障損失的飛機(jī)是被擊落飛機(jī)的1.5倍，飛機(jī)上的電子設(shè)備有60%不能使用。這些驚人的數(shù)據(jù)引起了人們對可靠性的高度重視，可靠性研究首先在電子領(lǐng)域開展起來，并取得初步效果。

（2）奠基期

從20世紀(jì)50年代起，可靠性問題更加突出。美國軍用雷達(dá)因故障不能工作的時(shí)間占84%，陸軍電子設(shè)備在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有65%~75%因故障不能使用。美國國防部在1952年設(shè)立了“電子設(shè)備可靠性咨詢小組”，1957年發(fā)表了著名的“軍用電子設(shè)備的可靠性報(bào)告”，提出了在研制、生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品可靠性指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)、驗(yàn)證和鑒定的方法，以及包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸世程中的可靠性問題及要求。這個(gè)報(bào)告被認(rèn)為是電子產(chǎn)品可靠性工作的奠基性文件，可靠性理論的研究從此開始起步。之后，美國成立了可靠性管理機(jī)構(gòu)，制訂了可靠性工程大綱和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，出版了可靠性手冊，建立了可靠性數(shù)據(jù)中心，舉行了各種可靠性學(xué)術(shù)會(huì)議?？煽啃怨こ涕_始成為一門獨(dú)立的工程學(xué)科。

（3）普及期 1960年以后，可靠性工程從電子業(yè)向其他工業(yè)部門迅速推廣，從最復(fù)雜的阿波羅登月飛船，到洗衣機(jī)、汽車和電視機(jī)等，都應(yīng)用了可靠性設(shè)計(jì)和可靠性管理技術(shù)，并且有了明確的可靠性指標(biāo)。從1959年開始，汽車產(chǎn)品實(shí)行保用里程制度。在質(zhì)量管理（QC）活動(dòng)中，提出了質(zhì)量保證（QA）的概念，既要管t=0的質(zhì)量（出廠質(zhì)量），又要保證t>0的質(zhì)量（可靠性）。1969年7月，阿波羅11號(hào)飛船登月成功時(shí)，顯示了可靠性工程的卓越成就。美國宇航局（NASA）在總結(jié)此項(xiàng)工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)認(rèn)為，可靠性工程技術(shù)是其三大技術(shù)成就之一。

（4）成熟期

進(jìn)入20世紀(jì)70年代，人們在消費(fèi)主義思想的支持下，提出了大量產(chǎn)品責(zé)任的問題，即因產(chǎn)品缺陷而使消費(fèi)者受到損失，從而引起在法庭上進(jìn)行賠償損失的爭議問題，因此使生產(chǎn)企業(yè)高度重視產(chǎn)品的責(zé)任預(yù)防問題，而可靠性技術(shù)就是解決這問題的重要手段。在此時(shí)期，日本產(chǎn)品的可靠性工作取得了很大的成就。1978年在日本召開的第四屆國際質(zhì)量管理會(huì)議（ICQC）上，成立了可靠性分委員會(huì)，會(huì)上對日本的可靠性研究工作給予了很高的評價(jià)?？煽啃匝芯抗ぷ髟谑澜绶秶鷥?nèi)已到達(dá)成熟階段。

國內(nèi)外有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為，產(chǎn)品故障有80%~90%是因產(chǎn)品設(shè)計(jì)原因造成的。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就抓可靠性是抓源頭、抓根本和抓關(guān)鍵?？煽啃栽O(shè)計(jì)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，就重點(diǎn)保障了產(chǎn)品的可靠性?？煽啃允莻€(gè)系統(tǒng)工程，再抓好元器件正確選用，生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)保障質(zhì)量，采用各種可靠性試驗(yàn)方法，注重元器件失效分析等，這就保障了產(chǎn)品的可靠性。汽車產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)尤其如此。

3.1.2汽車可靠性的評價(jià)指標(biāo)

汽車的可靠性是汽車所具有的壽命質(zhì)量方面的一種能力。它可以從不同角度、用不同的評價(jià)指標(biāo)來描述，常用的可靠性評價(jià)指標(biāo)有可靠度、累積故障概率、故障率、平均無故障工作時(shí)間、平均首次故障時(shí)間、可靠壽命和平均維修時(shí)間等。1.可靠度汽車的可靠度是指汽車產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，用R表示。所謂概率是反映隨機(jī)事件在n次試驗(yàn)中發(fā)生r次故障的可能性。通常，概率是通過頻率來表達(dá)的，所謂頻率是指在n次試驗(yàn)中，產(chǎn)生r次某種結(jié)果，那么出現(xiàn)這種結(jié)果的頻率就是r/n，顯然0≤r/n≤1。如有n個(gè)某種汽車零件，在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，有r個(gè)失效，其余(n-r)還在繼續(xù)工作，那么這批零件的可靠度為：式中，F(xiàn)=r/n——累積故障概率或不可靠度。設(shè)產(chǎn)品的規(guī)定時(shí)間為t。產(chǎn)品從開始工作到發(fā)生故障的連續(xù)工作時(shí)間為T。現(xiàn)設(shè)有n個(gè)汽車零件，從開始使用到出現(xiàn)故障時(shí)的失效零件數(shù)目為r(t)，則產(chǎn)品的可靠度函數(shù)由式（3-2）表示?？煽慷群瘮?shù)R(t)的曲線可用圖3-l表示。該曲線表明：隨著時(shí)間的增長，產(chǎn)品的可靠度越來越低，最終會(huì)完全失效。圖3-l可靠度函數(shù)R(t)曲線（3-2）（3-1） 2.累積故障概率累積故障概率也稱不可靠度或失效度，是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能完成規(guī)定功能的概率或發(fā)生故障的概率，記為F(t)。與可靠度相對應(yīng)，不可靠度和可靠度之間的關(guān)系如下：（3-3）在可靠性的研究中，通常以F(t)為主要研究對象。原因在于F(t)的大小直接反映了在t時(shí)刻以前累積故障的情況，也反映了故障與時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系。累積故障概率與可靠度的關(guān)系如圖3-2所示。圖3-2累積故障概率與可靠度的關(guān)系曲線3.故障率在對汽車產(chǎn)品進(jìn)行可靠性分析時(shí)，希望知道單位時(shí)間內(nèi)有多少產(chǎn)品發(fā)生故障，或者說在某時(shí)刻t以后單位時(shí)間內(nèi)有多少產(chǎn)品失效。而這些失效產(chǎn)品在時(shí)刻t以前應(yīng)是處于無故障工作狀態(tài)，由此引入故障率的概念。故障率是指工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率，稱為該產(chǎn)品在t時(shí)刻的故障率，記為l(t)。設(shè)n為零件數(shù)，r(t)為到時(shí)刻t的故障數(shù)，則n-r(t)為無故障的殘存數(shù)，又設(shè)Dr(t)為t時(shí)刻以后Dt內(nèi)出現(xiàn)的故障數(shù)，則Dr(t)/Dt為單位時(shí)間的故障數(shù)。故障率即可表示為：（3-4）式中，f(t)——故障概率密度，

整車和發(fā)動(dòng)機(jī)的當(dāng)量故障率D為：（3-5）式中，n——試驗(yàn)子樣數(shù)；

t——試驗(yàn)截止時(shí)間；

j——各類故障數(shù)；

rj——試驗(yàn)子樣發(fā)生第j類故障數(shù)；

ej——第j類故障的當(dāng)量故障數(shù)，其值如下表3-1。表3-1各種類別故障的當(dāng)量故障數(shù)故障類別故障性質(zhì)當(dāng)量故障數(shù)一類故障致命故障

100二類故障嚴(yán)重故障10三類故障一般故障1四類故障輕微故障0.24.平均無故障工作時(shí)間

對可維修的汽車產(chǎn)品，平均無故障工作時(shí)間是指汽車故障的平均間隔時(shí)間，記作MTBF(meantimebetweenfailure)。它是汽車產(chǎn)品最常用的可靠性指標(biāo)，通常也稱為平均壽命。（3-6）式中，N——汽車產(chǎn)品發(fā)生故障的次數(shù)；

ti——兩次故障的間隔時(shí)間。5.平均首次故障時(shí)間平均首次故障時(shí)間是指汽車產(chǎn)品首次故障時(shí)間的平均值。它體現(xiàn)了汽車產(chǎn)品第一次可能發(fā)生故障的早晚，對于人們越來越重視汽車產(chǎn)品可靠性的今天，平均首次故障時(shí)間是個(gè)很重要的指標(biāo)，記作MTTF（mean

timetofailure）。6.平均維修時(shí)間平均維修時(shí)間是指汽車產(chǎn)品修復(fù)時(shí)間的平均值，記作MTTR(meantimetorepair)。7.可靠壽命可靠壽命是指汽車產(chǎn)品可靠度達(dá)到規(guī)定值R0時(shí)所用的時(shí)間，用TR表示。在可靠性工程中，與壽命有關(guān)的參數(shù)有平均壽命、可靠壽命、中位壽命和特征壽命等。平均壽命是壽命的平均值，中位壽命是可靠度為0.5時(shí)產(chǎn)品的壽命，當(dāng)產(chǎn)品工作時(shí)間達(dá)到T0.5時(shí)，其可靠概率和不可靠概率各占一半。4.平均無故障工作時(shí)間8.維修度M(t)維修度M(t)是指汽車的系統(tǒng)或產(chǎn)品在規(guī)定的條件下進(jìn)行維修時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的概率。維修時(shí)間t是影響維修性的一個(gè)重要因素，它受到許多因素的影響，主要取決于維修對象的性質(zhì)、維修人員的水平、維修設(shè)備的先進(jìn)性和工作條件等。維修度M(t)是維修時(shí)間的非減函數(shù)，t=0時(shí)，M(t)=0；t?￥時(shí)，M(t)?l。9.有效度A(t)有效度A(t)是把系統(tǒng)可靠性和維修性特性轉(zhuǎn)換為效能的一個(gè)指標(biāo)的參數(shù)。通過可用性分析，可以在系統(tǒng)的可靠性和維修性參數(shù)間作出合理的權(quán)衡。（3-7）式中，U——能工作時(shí)間；

D——不能工作時(shí)間。3.1.3汽車可靠性分析 1.汽車可靠性試驗(yàn) 1.汽車可靠性試驗(yàn)

（1）可靠性試驗(yàn)的目的

汽車可靠性試驗(yàn)是為了提高或確認(rèn)汽車產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)。其目的主要有：

發(fā)現(xiàn)新研制汽車產(chǎn)品的弱點(diǎn)以改進(jìn)設(shè)汁

確認(rèn)汽車零件的設(shè)計(jì)任務(wù)書

保證汽車產(chǎn)品質(zhì)量

審查汽車產(chǎn)品制造工藝的好壞

評價(jià)汽車產(chǎn)品的可靠性，可以通過規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，以得出該產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。同時(shí)，通過可靠性試驗(yàn)可以對失效樣品進(jìn)行分析，找出薄弱環(huán)節(jié)并采取相應(yīng)的對策，就可以達(dá)到提高汽車產(chǎn)品可靠性的目的。因此，可靠性試驗(yàn)是汽車產(chǎn)品可靠性評價(jià)的一個(gè)重要手段，是研究汽車產(chǎn)品可靠性的基本環(huán)節(jié)之一。

可靠性試驗(yàn)與汽車產(chǎn)品的常規(guī)試驗(yàn)不同，常規(guī)試驗(yàn)的目的只是在汽車產(chǎn)品出廠驗(yàn)收時(shí)，判斷其性能指標(biāo)是否符合汽車產(chǎn)品出廠標(biāo)準(zhǔn)，而沒有測定汽車產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的失效率，因而不能對汽車產(chǎn)品的可靠性提供任何保證；而可靠性試驗(yàn)是汽車產(chǎn)品可靠性預(yù)測和驗(yàn)證的基礎(chǔ)。

（2）可靠性試驗(yàn)的類型

按照試驗(yàn)性質(zhì)，汽車產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)可分為壽命試驗(yàn)、臨界試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)和使用試驗(yàn)等。

壽命試驗(yàn)壽命試驗(yàn)是為了確定汽車產(chǎn)品的壽命分布和特征值而進(jìn)行的試驗(yàn)，一般采用臺(tái)架試驗(yàn)和試驗(yàn)場試驗(yàn)。按照試驗(yàn)性質(zhì)，壽命試驗(yàn)又分為儲(chǔ)存壽命試驗(yàn)、工作壽命試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)等。汽車產(chǎn)品在規(guī)定的環(huán)境條件（如室溫、高溫或潮濕等）下進(jìn)行非工作狀態(tài)的存在試驗(yàn)，稱為儲(chǔ)存壽命試驗(yàn)。汽車產(chǎn)品在規(guī)定的條件下作加負(fù)載的工作試驗(yàn)稱為工作壽命試驗(yàn)。在既不改變汽車產(chǎn)品的失效機(jī)理又不增加新的失效因素的前提下，提高試驗(yàn)應(yīng)力，加大汽車產(chǎn)品失效因素的作用，加速汽車產(chǎn)品的失效過程，促使汽車產(chǎn)品在短期內(nèi)大量失效，稱為加速壽命試驗(yàn)。

為了縮短壽命試驗(yàn)的周期，一般采用加速壽命試驗(yàn)。在試驗(yàn)室里進(jìn)行的臺(tái)架加速壽命試驗(yàn)，由于試驗(yàn)條件穩(wěn)定，容易獲得良好的試驗(yàn)結(jié)果。臺(tái)架壽命試驗(yàn)包括破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)。破壞性試驗(yàn)是在規(guī)定條件下投入一定數(shù)量的樣品進(jìn)行壽命試驗(yàn)，記錄這些樣品發(fā)生失效的時(shí)間。這些失效時(shí)間就是統(tǒng)計(jì)分析汽車產(chǎn)品壽命的基礎(chǔ)。非破壞性試驗(yàn)一般是指對小樣本、價(jià)格高的重要零部件進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)。

試驗(yàn)場試驗(yàn)是使汽車在高速環(huán)行路和其他多種路面，如各種石塊路、比利時(shí)路、卵石路、搓板路等壞路上進(jìn)行強(qiáng)化的加速壽命試驗(yàn)，以確認(rèn)強(qiáng)度構(gòu)件在使用中的安全性。此外，為確認(rèn)綜合的耐久可靠性，對汽車行駛的各種路面，如砂石、泥水、鹽水、轉(zhuǎn)彎、爬坡、高速環(huán)行路等，適當(dāng)組合進(jìn)行程序試驗(yàn)。

臨界試驗(yàn)臨界試驗(yàn)的目的是為了進(jìn)一步找出作為安全零件的弱點(diǎn)。在試驗(yàn)時(shí)，對零件施加破壞性的應(yīng)力，以檢驗(yàn)實(shí)際使用中若產(chǎn)生最大應(yīng)力時(shí)，零件是否具有充分的強(qiáng)度。如快速起步、緊急制動(dòng)和急轉(zhuǎn)彎等，一般認(rèn)為在實(shí)際使用中是可能發(fā)生的，因此可用于確定可靠性。

環(huán)境試驗(yàn)環(huán)境試驗(yàn)是汽車產(chǎn)品在特定的使用條件下進(jìn)行的使用試驗(yàn)，以觀察環(huán)境應(yīng)力的故障效果。如要確認(rèn)汽車在高、低溫度狀態(tài)時(shí)的性能，需把汽車置在高溫和低溫試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行相關(guān)可靠性試驗(yàn)；而塵土和泥水最容易引起軸承和液力機(jī)械裝置發(fā)生故障；雨雪、高分子材料的光老化和臭氧老化等都會(huì)使汽車產(chǎn)品性能下降。

使用試驗(yàn)使用試驗(yàn)是在汽車產(chǎn)品研制出來后抽樣送到使用現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)。只有當(dāng)它基本滿足使用要求之后，才能正式定型進(jìn)行批量生產(chǎn)。 2.汽車可靠性數(shù)據(jù)的采集

（1）可靠性數(shù)據(jù)采集的方法

數(shù)據(jù)是可靠性工程的基礎(chǔ)，只有掌握完整的可靠性數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行可靠性的正確評定。對老產(chǎn)品的可靠性評定的結(jié)果，同時(shí)也是新產(chǎn)品的可靠性預(yù)測的依據(jù)，特別是關(guān)于故障的數(shù)據(jù)，是告之產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)以及如何改進(jìn)的重要前提。因此要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)地采集、認(rèn)真地研究和科學(xué)地管理。在使用階段的車輛使用條件真實(shí)，數(shù)量又較多，因此對使用和維修階段進(jìn)行可靠性數(shù)據(jù)的采集和分析，對汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造水平的評價(jià)最具權(quán)威性。

可靠性數(shù)據(jù)的采集方法根據(jù)試驗(yàn)對象的種類和目的而定。一般有兩種方法：一種是對現(xiàn)場人員分發(fā)報(bào)表，定期返回，其特點(diǎn)是費(fèi)用低廉不需專門人員，但易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不完整和不準(zhǔn)確的情況；另一種是組織專門測定可靠性的人員進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，其缺點(diǎn)是費(fèi)用高。但由于采集者對數(shù)據(jù)分析過程有充分的理解，選擇的數(shù)據(jù)適當(dāng)，能掌握重點(diǎn)，易發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的謬誤，因而可保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。使用試驗(yàn)是可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集的主要渠道。（2）可靠性數(shù)據(jù)采集時(shí)的注意事項(xiàng)

采集范圍：在每一份數(shù)據(jù)的收集報(bào)告中，產(chǎn)品對象的范圍要明確統(tǒng)一。

制訂故障的標(biāo)準(zhǔn)：故障的判定一般以原訂汽車產(chǎn)品的性能指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際執(zhí)行中往往存在用難，因?yàn)樯a(chǎn)者、使用者和操作人員之間的看法往往不一致。因此，在調(diào)查開始前，要盡可能制訂出明確的故障判別標(biāo)準(zhǔn)。

時(shí)間的記錄：可靠性中所說的時(shí)間是廣義的，是個(gè)重要因素，其含義需要明確。一般來說，時(shí)間主要指工作時(shí)間，有的還要考慮運(yùn)輸時(shí)間、儲(chǔ)存時(shí)間和停機(jī)時(shí)間等。

使用條件：主要包括使用場合、氣候、使用工況（如載荷和車速等）以及運(yùn)轉(zhuǎn)形式等。

維修條件：使用條件相同而維修條件不同，汽車產(chǎn)品的故障率可相差兩倍之多，應(yīng)考慮維修人員的水平、維修制度、設(shè)備條件以及修理水平等。

取樣方法：可靠性數(shù)據(jù)采集應(yīng)在母體中隨機(jī)取樣進(jìn)行，既不只調(diào)查發(fā)生事故的汽車產(chǎn)品，也不把缺陷特大特多的排除在外。 3.汽車產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的分析

要判斷某一汽車產(chǎn)品的失效類型以及當(dāng)知道其分布類型后估計(jì)其分布參數(shù)等，是可靠性研究中的基本問題。在實(shí)踐中，最簡單可行的方法便是圖分析法（或圖估計(jì)法）。

圖分析法的一般步驟如下：3.汽車產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的分析

整理數(shù)據(jù)設(shè)有n個(gè)汽車產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，到r個(gè)產(chǎn)品失效時(shí)中止試驗(yàn)，且記錄下相應(yīng)的失效時(shí)間t1，…，tk，k為所測數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。用估計(jì)求出累積失效概率F(ti)，i=1，2，…，k，把數(shù)據(jù)列表，見表3-2。失效時(shí)間tit1，t2，…，ti，…，tk失效數(shù)nin1，n2，…，ni，…，nk累積失效數(shù)rir1，r2，…，ri，…，rk累積失效概率F(ti)，，…，，…，表3-2試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

若投入的試樣太多，試驗(yàn)時(shí)間較長，則可以將測量時(shí)間劃分為K個(gè)區(qū)間，且K36。若用[T0，T1]，[T1，T2]，…，[Tk-1，Tk]分別表示測量時(shí)間區(qū)間，則在分析時(shí)取失效時(shí)間ti為相應(yīng)測量時(shí)間區(qū)間的中值，即取若試驗(yàn)時(shí)間每次記錄一個(gè)失效數(shù)，即n1=n2=…=nk=1，則3.汽車產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的分析

（2）描點(diǎn)把數(shù)據(jù)描在坐標(biāo)紙上。若ti值較大，為了能在一張概率紙上描下所有點(diǎn)，可把坐標(biāo)標(biāo)尺適當(dāng)放大一定倍數(shù)。

（3）配置直線當(dāng)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上擬合為直線時(shí)，通常是憑目力來配置一條直線，使得各點(diǎn)分布在這一直線附近。對配置直線的要求有：直線上下方的點(diǎn)子數(shù)目要大致相等，直線中段即F(t)值為30%~70%的偏差要盡可能小。當(dāng)數(shù)據(jù)擬合為曲線時(shí)，應(yīng)先將曲線進(jìn)行直線變換，然后再進(jìn)行配置。

（4）圖估計(jì)主要是形狀參數(shù)、尺度參數(shù)t0、特征壽命、位置參數(shù)、平均壽命、方差2=D(T)、可靠度函數(shù)R(t)和可靠壽命tR的圖估計(jì)。3.1.4汽車可靠性綜合評定

汽車產(chǎn)品可靠性的綜合評價(jià)方法主要有兩種，即扣分法和打分法。 1.扣分法汽車在行駛中，如發(fā)生故障，則按QC/T900-1997《汽車整車產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評定方法》規(guī)定進(jìn)行故障分類，如表3-3所示，并按下式進(jìn)行扣分。（3-8）

式中，Qk——可靠性行駛檢驗(yàn)綜合評定扣分?jǐn)?shù)；n——樣本數(shù)；rj——所有樣本發(fā)生的i類故障數(shù)；qkj——每次發(fā)生i類故障的扣分?jǐn)?shù)。第一類故障：致命故障，qkj=10000；第二類故障：嚴(yán)重故障，qkj=1000；第三類故障：一般故障，qkj=100；第四類故障：輕微故障，qkj=20。表3-3扣分法故障分類故障類別 分類原則第一類故障 致命故障 涉及人身安全，可能導(dǎo)致人身傷亡引起主要總成報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失不符合制動(dòng)、排放和噪聲等法規(guī)要求第二類故障 嚴(yán)重故障 導(dǎo)致整車主要性能顯著下降造成主要零件損壞，且不能用隨車工具和易損備件在短時(shí)間內(nèi)（約30min）修復(fù)第三類故障 一般故障 造成停駛，但不會(huì)導(dǎo)致主要零件損壞，且可用隨車工具和易損備件或價(jià)值很低的零件在短時(shí)間內(nèi)（約30min）修復(fù)第四類故障 輕微故障 不會(huì)造成停駛，尚不影響正常使用，亦不需更換零件，可用隨車工具在短時(shí)間內(nèi)（約5min）輕易排除

車型里程貨車轎車輕、微型中型重型微型其他1500km扣分值2100（1100）2300（1100）2500（1100）1400（750）800（400）5000km扣分值1130（600）1130（600）1130（600）730（380）400（200）1.扣分法表3-4扣分限值（合格品水平）扣分法把汽車可靠性分為兩級(jí)：合格與不合格。2000年制定的扣分限值標(biāo)準(zhǔn)如表3-4所示。1.扣分法

各類故障的扣分?jǐn)?shù)的確定是在統(tǒng)計(jì)、整理以前所做過的大量的行檢、抽查、考核、統(tǒng)檢和定型等可靠性試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上確定的。應(yīng)該說這個(gè)扣分力度是比較大的，并體現(xiàn)了下面的原則：

不允許出現(xiàn)第一類故障（致命故障），因?yàn)橹灰霈F(xiàn)一個(gè)第一類故障就要扣10000分，即使其他檢驗(yàn)一分沒扣（這是不可能的），假設(shè)有3輛樣車參檢，也要扣10000/3=3333分，整車評定難以合格；嚴(yán)控嚴(yán)重故障次數(shù)，1000分已與扣分合格限值相差不多了；絕不能輕視一般故障和輕微故障，100分和20分也會(huì)積少成多。

應(yīng)該說扣分本身只是個(gè)相對的概念，沒有什么具體的因果關(guān)系，但當(dāng)扣分?jǐn)?shù)與扣分的限值結(jié)合起來時(shí)，就變得很有實(shí)際意義了。具體扣分限值，將由汽車工業(yè)主管部門根據(jù)國產(chǎn)汽車產(chǎn)品質(zhì)量狀況和政府對汽車產(chǎn)品質(zhì)量的要求，下達(dá)不同時(shí)期、不同車型的扣分合格限值。2.打分法檢驗(yàn)對象TfmTbmBC汽車150025000.0050.174汽油機(jī)48.6650.1760.09柴油機(jī)70900.1250.115等級(jí)一等合格不合格可靠性評定分?jǐn)?shù)90￡Q￡10075￡Q<90Q<75

按照QCn29008.4-1991標(biāo)準(zhǔn)，用單項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)評分的方法評定汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性水平，計(jì)算公式為：

式中，Q——汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性評定分?jǐn)?shù)；

——平均首次故障里程（時(shí)間），當(dāng)>Tfm，令=Tfm，km(h)；——平均故障間隔里程(時(shí)間)，當(dāng)>Tbm，令D——當(dāng)量故障率，計(jì)算公式見式（3-5）；B、C——計(jì)算系數(shù)（權(quán)數(shù)）。不同的檢驗(yàn)對象，Tfm、Tbm和B、C值不同，具體規(guī)定見表3-5和表3-6。=Tbm，km(h)；表3-5汽車可靠性評定計(jì)算系數(shù)表3-6汽車可靠性檢驗(yàn)質(zhì)量等級(jí)規(guī)定任務(wù)3.2汽車零部件失效理論3.2.1汽車零部件失效的概念和模式1.汽車零部件失效的概念

汽車零部件的失效是指汽車在使用過程中，零部件逐漸喪失原有的性能或技術(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。失效不僅是指完全喪失原定功能，而且還包含功能降低以及有嚴(yán)重?fù)p傷和隱患、繼續(xù)使用會(huì)喪失可靠性和安全性。

汽車零部件在使用的過程中，由于技術(shù)狀況的變化是不可避免的，所以了解汽車零部件性能變化的進(jìn)程，就能針對零部件失效的原因采取相應(yīng)的措施，防止零部件的早期損壞，使汽車的技術(shù)狀況盡可能處于規(guī)定的水平。

汽車零部件的失效是造成汽車故障的主要原因；同時(shí)，由于汽車是一個(gè)可修復(fù)機(jī)電產(chǎn)品，權(quán)衡經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、成本等諸方面因索，在有效的壽命期間內(nèi)，允許存在一定的故障。因此從汽車可靠性工程角度來看，首要目標(biāo)是杜絕或有效地減少危害性大的故障，其次是大力降低故障發(fā)生的頻率。

汽車零部件的失效分析，是研究汽車零部件喪失規(guī)定功能的原因、特征和規(guī)律；研究其失效分析技術(shù)和預(yù)防技術(shù)，其目的在于分析零部件失效的原因，找出導(dǎo)致失效的責(zé)任，并提出改進(jìn)和預(yù)防的措施，從而提高汽車的可靠性和使用壽命。2.汽車零部件失效的模式

失效模式是指失效的表現(xiàn)形式。按失效模式和失效機(jī)理對失效進(jìn)行分類是研究失效的重要內(nèi)容之一。失效模式是失效件的宏觀特征，而失效機(jī)理則是導(dǎo)致零部件失效的物理、化學(xué)或機(jī)械的變化原因，并依零件的種類、使用環(huán)境而異。

汽車整車的失效通常是由于某個(gè)零部件首先損壞而引起的。汽車零部件的主要失效模式則有磨損、變形、疲勞斷裂、熱損壞、老化以及腐蝕損壞等。

（1）磨損。包括磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損和微動(dòng)磨損，如氣缸工作表面“拉缸”，曲軸“抱軸”，齒輪表面和滾動(dòng)軸承表面的麻點(diǎn)和凹坑等。

（2）疲勞斷裂。包括高應(yīng)變低周期疲勞、低應(yīng)力高周期疲勞、腐蝕疲勞和熱疲勞等，如曲軸斷裂、齒輪輪齒折斷等。

（3）腐蝕。包括化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和穴蝕，如濕式氣缸套外壁麻點(diǎn)和孔穴等。

（4）變形。包括彈性變形、塑性變形，如曲軸的彎曲、扭曲，基礎(chǔ)件（氣缸體、變速器殼體和驅(qū)動(dòng)橋殼等）的變形等。

（5）老化。包括龜裂、變硬，如橡膠輪胎、塑料器件的老化。

汽車零件常見的失效模式類型如表3-7所示。失效模式類型表現(xiàn)形式主要原因損壞型裂痕、裂紋、破裂、斷裂、碎裂、開裂、彎壞、扭壞、變形過大、塑性變形、卡死、烤蝕、點(diǎn)蝕、燒蝕、擊穿、蠕變、剝落、短路、開路、錯(cuò)位、壓痕等應(yīng)力沖擊、電沖擊、疲勞、磨損、材質(zhì)問題、腐蝕退化型老化、變色、變質(zhì)、表面保護(hù)層剝落、侵蝕、腐蝕、正常磨損、積炭、發(fā)卡等自然磨損、老化、環(huán)境誘發(fā)松脫型松曠、松動(dòng)、脫落、脫焊等緊固件、焊接件出現(xiàn)問題失調(diào)型間隙不當(dāng)、流量不當(dāng)、壓力不當(dāng)、電壓不符、電流偏值、行程失調(diào)、間隙過大過小等油、氣、電及機(jī)械間隙調(diào)整不當(dāng)阻漏型不暢、堵塞、氣阻、漏油、漏氣、漏風(fēng)、漏電、漏雨、滲水、滲油等漏油、漏氣、裝置失效、密封件失效、氣候環(huán)境功能型功能失效、性能不穩(wěn)、性能下降、性能失效、啟動(dòng)困難、干涉、卡滯、轉(zhuǎn)向過度、轉(zhuǎn)向沉重、轉(zhuǎn)向不回應(yīng)、離合器分離不徹底、離合器分不開、制動(dòng)跑偏、流動(dòng)不暢、指示失靈、參數(shù)輸出不準(zhǔn)、失調(diào)、抖動(dòng)、漂移、接觸不良、公害超標(biāo)、異響、過熱等有關(guān)部分調(diào)整不當(dāng)、操作不當(dāng)、局部變形、裝配問題、設(shè)計(jì)參數(shù)不合理、元器件質(zhì)量低劣等其他潤滑不良、駕駛室悶熱、尾氣排放超標(biāo)、斷水、缺油、噪聲振動(dòng)大使用維護(hù)不當(dāng)、工作狀態(tài)失調(diào)、傳感器失靈、各種原因泄漏表3-7汽車常見失效模式類型和分類表3-7汽車常見失效模式類型和分類

汽車及其零部件的失效模式并不是固定不變的，即同一種產(chǎn)品出現(xiàn)故障可以有不同的形式。造成一個(gè)汽車產(chǎn)品失效的原因，可能是設(shè)計(jì)不當(dāng)、材料及工藝缺陷、工作條件及運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)?shù)?。因此，零部件失效模式與它的結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)計(jì)、制造、儲(chǔ)存使用、維護(hù)、修理及工作環(huán)境等因素密切相關(guān)。3.汽車零部件失效的原因

（1）汽車零部件的耗損

在汽車技術(shù)狀況的變化過程中，汽車零部件失效的主要原因是汽車各機(jī)構(gòu)的組成元件（包括零件）之間在工作過程中相互作用，使機(jī)構(gòu)、總成、汽車的技術(shù)狀況發(fā)生變化的結(jié)果。

（2）使用條件的影響

汽車行駛的道路條件、運(yùn)行條件、運(yùn)輸條件、氣候條件和使用水平等汽車使用的外部條件，都會(huì)直接地或由駕駛員通過操縱控制系統(tǒng)傳送給汽車零件，使汽車零件產(chǎn)生“響應(yīng)”而改變了狀況；然后由汽車運(yùn)行速度、燃料消耗、發(fā)動(dòng)機(jī)排放、異響與振動(dòng)、故障率以及配件消耗等可變參數(shù)輸出，表現(xiàn)出汽車零件失效的狀況。

運(yùn)行條件的影響主要指交通流量對汽車零件運(yùn)行工況的影響，如載貨汽車在城市街道上的速度較郊區(qū)要降低50%以上，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速反而升高35%左右；換擋次數(shù)增加2~25倍。顯然，這種工況必然加速汽車零件技術(shù)狀況的惡化進(jìn)程。

運(yùn)輸條件的影響城市公共汽車經(jīng)常處于頻繁起步、加速、減速、制動(dòng)和停車等非穩(wěn)定工況下工作，很容易因配合副的潤滑條件惡化，使零件的磨損加劇。

道路條件的影響道路狀況和斷面形狀等決定了汽車及總成的工況，如載荷和速度、傳遞的轉(zhuǎn)矩、曲軸轉(zhuǎn)速、換擋次數(shù)以及道路不平所引起的動(dòng)載荷等，從而決定汽車零部件和機(jī)構(gòu)的磨損情況，影響汽車的工作能力。

氣候條件的影響汽車所處環(huán)境的濕度大，會(huì)加快零件的腐蝕。濕度低、氣候干燥、道路灰塵多，也會(huì)惡化汽車零件的工作環(huán)境，使磨損增加。環(huán)境溫度適宜，故障率較低。

使用水平的影響汽車的使用水平主要取決于駕駛員的駕駛操作技術(shù)水平、汽車維修水平等。若駕駛技術(shù)不成熟、維修水平低下，極易造成汽車技術(shù)狀況惡化，使汽車零部件失效。3.2.2汽車零部件失效的分析1.汽車零部件的磨損失效

（1）零件磨損的概念

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，稱為零件的磨損。磨損會(huì)使零件的形狀、尺寸以及表面性質(zhì)發(fā)生變化，使零件的工作性能逐漸降低。當(dāng)然，磨損有時(shí)候也是有益的，如磨合。

（2）零件磨損的類型

按照零件表面破壞機(jī)理和特征的不同，磨損可分為粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損等。

粘著磨損的定義、作用機(jī)理和減輕措施見表3-8，磨料磨損的定義、作用機(jī)理和減輕措施見表3-9，疲勞磨損的定義、作用機(jī)理和減輕措施見表3-10，腐蝕磨損的定義、分類和減輕措施見表3-11。3.2.2汽車零部件失效的分析定義摩擦副相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)金屬表面表面的油膜被破壞，摩擦表面間直接接觸而發(fā)生粘著作用，使一個(gè)零件表面的金屬轉(zhuǎn)移到另一個(gè)零件表面引起的磨損表面特征擦傷、錐形坑、魚鱗片狀、麻點(diǎn)、溝槽作用機(jī)理零件間的微觀不平，實(shí)際接觸面積小，接觸處承受較大的靜壓力，即凸起點(diǎn)的切向沖擊力，接觸點(diǎn)的油膜、氧化膜被破壞，純金屬直接接觸，產(chǎn)生一定的彈性變形和塑性變形——零件間吸引力增強(qiáng)減輕磨損的措施選用不同的金屬或互溶性小的金屬以及金屬與非金屬材料組成摩擦副，合適的表面粗糙度，用潤滑劑隔離接觸表面或表面有化臺(tái)物的保護(hù)膜定義摩擦表面間存在的硬質(zhì)顆粒引起的磨損。這種硬質(zhì)顆粒稱為磨料，主要來自空氣中的灰塵、潤滑油中的雜質(zhì)及運(yùn)動(dòng)過程中從零件表面脫落下來的金屬顆粒表面特征刮傷、溝槽擦傷作用機(jī)理①疲勞剝落或塑性擠壓：磨料夾在兩摩擦表面之間，對金屬表面產(chǎn)生集中的高應(yīng)力，使零件表面產(chǎn)生疲勞和剝落；對塑性材料，使表面產(chǎn)生理性擠壓現(xiàn)象②擦痕：混合在氣體和液體中的磨料，隨流體以一定的速度沖刷零件的工作表面，產(chǎn)生擦痕減輕磨損的措施汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用濾清效果好的空氣濾清器，經(jīng)常清洗機(jī)油濾清器，增加零件的抗磨性能，提高零件表面的硬度表3-8粘著磨損的定義、機(jī)理、影響因素和減小措施

表3-9磨料磨損的定義、作用機(jī)理和減輕措施定義在突變載荷作用下，零件表層產(chǎn)生疲勞剝落的現(xiàn)象表面特征裂紋、麻點(diǎn)、剝落作用機(jī)理交變載荷的反復(fù)作用，使零件表層變形而疲勞，導(dǎo)致表層的薄弱部位先產(chǎn)生裂紋，同時(shí)當(dāng)潤滑油侵入裂紋內(nèi)部時(shí)，當(dāng)滾動(dòng)體封閉裂紋口時(shí)，堵在裂紋里的潤滑油在滾動(dòng)擠壓力的作用下F劈開裂紋，使裂紋擴(kuò)展速度加快，裂紋擴(kuò)展到定程度后，金屬便從零件表層剝落下來形成點(diǎn)狀或片狀凹坑，成為疲牧勞磨損減小磨損的措施減小材料的非金屬夾雜物含量；提高材料的抗斷裂強(qiáng)度，合理的金屬強(qiáng)化層，用粘度較高的潤滑油，形狀正確，降低表面粗糙度定義零件摩擦表面由于外部介質(zhì)的作用，產(chǎn)生化學(xué)或電化學(xué)的反應(yīng)而引起的磨損表面特征有反應(yīng)物生成（形成膜顆粒）分類化學(xué)腐蝕磨損：金屬直接于外部介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的磨損電化學(xué)腐蝕磨損：金屬在外部中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的磨損微動(dòng)磨損磨損：零件的過盈配合表面部位在交變載荷或振動(dòng)的作用下所產(chǎn)生的磨損穴蝕：與液體相對運(yùn)動(dòng)的固體表面，因氣泡破裂產(chǎn)生的局部高溫及沖擊高壓所引起的疲勞剝落現(xiàn)象減輕磨損的措施改善介質(zhì)條件，用合金化法增加材料的耐腐蝕性，去除殘留拉應(yīng)力，減小振動(dòng)次數(shù)和振幅，提高硬度和選擇合適的配合副，適當(dāng)?shù)臐櫥?，表面硫化、磷化處理或鍍?.2.2汽車零部件失效的分析表3-10疲勞磨損的定義、作用機(jī)理和減小措施表3-11腐蝕磨損的定義、分類和減輕措施

（3）響汽車零件磨損的因素

磨損通常是由多種磨損形式共同作用造成的，其磨損強(qiáng)度與下列因素有關(guān)。

材料性質(zhì)的影響不同材料由于其成分、組織和結(jié)構(gòu)的不同，抵抗磨損的能力也不同，如鑄鐵件的耐磨性取決于碳的含量，而碳鋼件的耐磨性隨硬度的提高而提高。若在鋼、鐵中加入一定量的臺(tái)金并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?，就可提高零件的耐磨性?/p>

加工質(zhì)量的影響零件的加工質(zhì)量主要指其表面粗糙度和幾何形狀誤差。幾何形狀誤差過大，會(huì)使零件工作時(shí)受力不均，或產(chǎn)生附加載荷，使磨損加劇。表面粗糙度值過大會(huì)破壞油膜的連續(xù)性，造成零件表面凸起點(diǎn)的相互咬合，同時(shí)腐蝕物質(zhì)更易沉積于零件表面，使腐蝕磨損加劇。

工作條件的影響工作條件是指零件工作時(shí)的潤滑條件、滑動(dòng)速度、單位壓力和工作溫度等。

充足的潤滑油可以在零件表面形成良好的油膜，避免摩擦表面之間的直接接觸，同時(shí)對表面具有良好的清洗作用，減輕零件的磨損。

零件相對運(yùn)動(dòng)速度的提高，有利于潤滑油膜的形成，使磨損減輕；但運(yùn)動(dòng)速度過快，摩擦產(chǎn)生的熱量來不及散去，會(huì)導(dǎo)致機(jī)油粘度下降、油膜變薄、承載能力降低，出現(xiàn)邊界摩擦及干摩擦，加劇零件磨損。

零件表面上的單位壓力升高，零件的磨料磨損隨之增加。當(dāng)零件表面載荷超過油膜承載能力時(shí)，摩擦表面間的油膜將被破壞，引起嚴(yán)重的粘著磨損。

零件的工作溫度過高，會(huì)造成油膜變薄甚至破壞，使磨損加?。粶囟冗^低，則會(huì)使腐蝕性介質(zhì)更易凝結(jié)于零件工作表面，腐蝕磨損加劇。

（4）汽車零件磨損的規(guī)律零件的磨損是不可避免的，但不同零件的磨損都具有一定的共同規(guī)律，這種規(guī)律稱為零件磨損特性，對應(yīng)的曲線稱為零件磨損特性曲線，見圖3-3。由圖3-3可以看出，零件的磨損分為三個(gè)階段。笫一階段：磨合期（oa段）。由于新零件和修復(fù)零件表面粗糙，工作時(shí)零件表面的凸起會(huì)劃破油膜，在零件表面產(chǎn)生嚴(yán)重的劃刻、粘著；另一方面，從零件表面脫落的金屬和氧化物顆粒會(huì)形成嚴(yán)重的磨料磨損。因此，這個(gè)階段的磨損比較快。隨著磨合時(shí)間的增長，零件表面質(zhì)量會(huì)逐漸提高，磨損會(huì)逐漸變慢。笫二階段：正常磨損期（ab段）。經(jīng)過磨合期后，零件表面的粗糙度變小，適油性增強(qiáng)、強(qiáng)度增大，因此零件在正常磨損期的磨損較為緩慢。笫三階段：極限磨損期（b點(diǎn)以后曲線）。由于磨損的不斷積累，使極限磨損期零件的配合間隙過大，油壓降低，正常的潤滑被破壞，零件間的相互沖擊也增大，磨損急劇上升。此時(shí)如不及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或修理，將會(huì)造成事故性損壞。由上述可知，降低磨合期的磨損量，減緩正常工作期的磨損，推遲極限磨損期的來臨可長延零件的使用壽命（如圖3-3中虛線所示）。圖3-3汽車零件的磨損特性曲線接斷裂性質(zhì)塑性、脆性、塑—脆性，塑性又分由纖維狀斷口與剪切斷口按斷裂路徑沿晶、穿晶、混晶接斷裂機(jī)理解理、韌窩、準(zhǔn)解理、滑移分離、疲勞環(huán)境、蠕變、沿晶接應(yīng)力狀態(tài)靜載、動(dòng)載，靜載分為拉伸、剪切和扭轉(zhuǎn)斷裂；動(dòng)載分為沖擊和疲勞斷裂按斷裂環(huán)境低溫、室溫、高溫、腐蝕、氫脆2.汽車零部件的疲勞斷裂失效（1）疲勞斷裂失效的概念零件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過較長時(shí)間工作而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象，稱為疲勞斷裂。疲勞斷裂是汽車零件中常見的失效形式之一，也是危害性最大的一種失效形式。疲勞斷裂的特點(diǎn)：疲勞條件下的破斷應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度sb，而且低于屈服強(qiáng)度ss。無論塑性材料或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，而且疲勞斷裂過程在宏觀形貌上沒有留下明顯的塑性變形。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（或疲勞核心）、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)。（2）疲勞斷裂失效的分類疲勞斷裂失效的分類如表3-12所示。表3-12疲勞斷裂失效的分類

另外，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)，疲勞失效又可分為無裂紋零件的疲勞斷裂失效和裂紋零件的疲勞斷裂失效。在無裂紋的零件中，疲勞由裂紋形核、擴(kuò)展和斷裂三個(gè)過程組成，多發(fā)生在加工良好的零件如曲軸、連桿等。其應(yīng)力循環(huán)次數(shù)次。在裂紋零件中，疲勞斷裂由預(yù)裂紋擴(kuò)展形成。多發(fā)生在各種大構(gòu)件中，在汽車零件中較少發(fā)生。其應(yīng)力循環(huán)次數(shù)次。2.汽車零部件的疲勞斷裂失效

（3）疲勞斷裂失效的機(jī)理

金屬零件的疲勞斷裂實(shí)質(zhì)上是一個(gè)累積損傷過程，大體上由滑移、裂紋成核、微裂紋擴(kuò)展、宏觀裂紋擴(kuò)展和最終斷裂等階段組成。

在交變載荷下，金屬零件表面產(chǎn)生的不均勻滑移、金屬內(nèi)的非金屬夾雜物和應(yīng)力集中等均可能是產(chǎn)生疲勞裂紋核心的策源地。

在沒有應(yīng)力集中的情況下，疲勞裂紋的擴(kuò)展可分為兩個(gè)階段，即滑晶階段和穿晶階段。在交變應(yīng)力的作用下，裂紋沿著最大切應(yīng)力方向（通常和主應(yīng)力方向成40角）的晶面向內(nèi)擴(kuò)展。擴(kuò)展一定距離后，改變方向，沿著與正應(yīng)力相垂直的方向擴(kuò)展。裂紋成核后的擴(kuò)展過程主要包括微觀和宏觀兩個(gè)裂紋擴(kuò)展階段。

當(dāng)疲勞裂紋擴(kuò)展到臨界尺寸時(shí)，剩余截面上的真實(shí)應(yīng)力超過材料強(qiáng)度，零件發(fā)生瞬時(shí)斷裂。它的特征與靜載荷下的快速破壞區(qū)相似，出現(xiàn)放射區(qū)和剪切唇。脆性材料的斷口呈粗糙的“晶?！睜罱Y(jié)構(gòu)或呈放射線；塑性材料的斷口是有纖維狀結(jié)構(gòu)，在零件表面有剪切唇。（4）提高汽車零件抗疲勞斷裂的途徑

延緩疲勞裂紋萌生時(shí)間如采用表面滾壓、噴丸和表面熱處理等方法強(qiáng)化金屬表面，控制表面的不均勻滑移；細(xì)化材料的晶?？梢蕴岣吡慵钠趶?qiáng)度極限；提高金屬材料的純度，減少夾雜物；提高零件的設(shè)計(jì)水平，盡量避免應(yīng)力集中等。

降低疲勞裂紋擴(kuò)展的速度如打止裂孔、擴(kuò)孔清除、刮磨修理等。還可以提高材料的應(yīng)力強(qiáng)度因子。 3.汽車零部件的腐蝕失效

（1）腐蝕的概念

零件受周圍介質(zhì)的作用而引起的損壞稱為零件的腐蝕，汽車上約有20%的零件因腐蝕而失效。金屬的腐蝕是從表面開始向內(nèi)部擴(kuò)展的。金屬腐蝕后造成金屬質(zhì)量損失，使金屬有效面積減小或強(qiáng)度大大降低。

（2）腐蝕失效的分類

按照金屬與介質(zhì)的作用性質(zhì)，腐蝕失效可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕又分為氣體腐蝕和在非電解液中的腐蝕；電化學(xué)腐蝕又分為大氣腐蝕、土壤腐蝕、在電解液中的腐蝕和在溶液中的腐蝕。

按照腐蝕的破壞形式，腐蝕失效可分為均勻腐蝕和局部腐蝕。均勻腐蝕是金屬的腐蝕作用均勻地發(fā)生在整個(gè)金屬面上，局部腐蝕是指金屬的腐蝕作用僅局限在一定的區(qū)域內(nèi)。局部腐蝕比均勻腐蝕的危害性大。

（3）化學(xué)腐蝕的失效機(jī)理

金屬零件與介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的損傷稱為化學(xué)腐蝕。金屬在干燥空氣中的氧化、在不導(dǎo)電介質(zhì)中的腐蝕等都屬于化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕過程會(huì)在金屬表面形成一層腐蝕產(chǎn)物膜，如鐵在干燥的空氣中與氧作用：4Fe+3O22Fe2O3；3Fe+2O2Fe3O4

這層膜的性質(zhì)決定了化學(xué)腐蝕的速度，如果膜是完整的，強(qiáng)度、塑性都很好，膨脹系數(shù)和金屬相近，膜與金屬的粘著力強(qiáng)等，它就有保護(hù)金屬、減緩腐蝕的作用。如鉻和鉻的氧化物硬度高，氧化鉻膜不易磨掉，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)鍍鉻后，耐腐蝕磨損的性能大大提高。 （4）電化學(xué)腐蝕的失效機(jī)理

電化學(xué)腐蝕是兩個(gè)不同的金屬在同一種導(dǎo)電溶液中形成一對電極，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕，使充當(dāng)陽極的金屬被腐蝕。

電化學(xué)腐蝕的基本特點(diǎn)是在金屬不斷產(chǎn)生腐蝕的同時(shí)還有電流產(chǎn)生，如屬在酸、堿、鹽溶液和潮濕空氣中的腐蝕等。 4.汽車零部件的變形失效

（1）變形失效的概念和作用機(jī)理

零件在使用過程中，由于載荷或內(nèi)部應(yīng)力的作用，使零件的尺寸和形狀發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為零件的變形。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彈性變形失效、塑性變形失效和蠕變失效。

零件在外力作用下發(fā)生彈性撓曲，其撓度超過許用值而破壞零件間相對位置精度的現(xiàn)象稱為彈性變形失效。此時(shí)零件所受應(yīng)力并未超過彈性極限，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系仍遵循胡克定律，材料彈性模量是彈性變形的失效抗力指標(biāo)。

零件的工作應(yīng)力超過材料的屈服極限，零件發(fā)生塑性變形而導(dǎo)致的失效稱為塑性變形失效。

蠕變是指材料在一定的載荷或應(yīng)力的作用下，隨著時(shí)間的延長，變形不斷增加的現(xiàn)象。蠕變變形失效是由于蠕變過程不斷發(fā)生，產(chǎn)生的蠕變變形量或蠕變速度超過金屬材料蠕變極限而導(dǎo)致的失效。

（2）零件變形失效的原因

引起零件變形失效的主要原因有殘余內(nèi)應(yīng)力、外載荷、工作溫度及修理、裝配精度等因素。

零件中的殘余應(yīng)力沒有徹底消除內(nèi)應(yīng)力是指零件內(nèi)部存在的、與載荷無關(guān)的應(yīng)力。殘余內(nèi)應(yīng)力主要有熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、機(jī)加工應(yīng)力和熱處理應(yīng)力等。采用自然時(shí)效和人工時(shí)效可以減小或消除內(nèi)應(yīng)力。

汽車過載或受力不均勻，造成應(yīng)力的再分配零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)使零件工作時(shí)承受不均衡的外載荷，造成局部過載、變形；受過大工作壓力的作用，螺紋孔會(huì)產(chǎn)生變形。

金屬材料的彈性極限隨溫度的升高而下降工作溫度升高，金屬彈性極限降低，會(huì)使零件屈服強(qiáng)度降低而產(chǎn)生變形。如氣缸體的變形。

維修、裝配精度低維修時(shí)定位基準(zhǔn)選擇不當(dāng)或基準(zhǔn)變形過大，不能保證機(jī)加