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1、第一节 汽车失效概述,汽车失效：指汽车零部件部分或完全丧失工作能力的现象。技术状况评价指标：动力性：最高车速；最大爬坡能力；加速性经济性：100Km油耗可靠性：功能包括：安全性，稳定性，平顺性；技术状况变化特征：动力性下降；经济性变差；可靠性变坏；技术状况分类：完好技术状况；不良技术状况；,第一节 汽车失效概述,技术状况变化原因：磨损：零件表面由于相对运动而不断产生损耗的现象，导致配合松旷，产生异响；占75%变形：尺寸和形状改变的现象，包括弯曲、扭转、挤压等，因载荷超过屈服极限所致。疲劳：长时间在高变载荷作用下，产生微裂纹而突然断裂。腐蚀：包括化学腐蚀和电化学腐蚀，零件表面无相对运动却不断产生
2、损耗的现象。热损坏：包括烧焦、烧坏、烧穿和高温老化；汽车失效类型：磨损，疲劳断裂，腐蚀，变形，老化；,1、化学腐蚀：化学腐蚀指金属与介质发生化学反应而引起的损坏。腐蚀产物在金属表面形成一层膜。膜的性质决定化学腐蚀的速度，如果膜是完整的，强度、塑性都较好，膨胀系数与金属相近，膜与金属的黏着力强等，它有保护金属、减缓腐蚀的作用。2、电化学腐蚀：电化学腐蚀指金属与介质发生电化学反应而引起的破坏。金属与电解质溶液相接触，形成原电池，其中电位较低的部分遭受腐蚀。,第二节 汽车零件磨损失效分析,磨损失效是指因零件的磨损使其尺寸、形状误差超限的现象。最根本原因摩擦。零件的摩擦：相对运动物体接触表面间产生运动
3、阻力的现象。按表面润滑状况分为干摩擦、液体摩擦、边界摩擦、混合摩擦；干摩擦：摩擦表面无任何润滑介质，产生摩擦热引起接触点熔合，会消耗较多动力，并产生剧烈表面磨损。液体摩擦：摩擦表面间被一层具有一定压力、厚为1.52.0md润滑油膜隔开，摩擦只发生在润滑油液体分子之间，摩擦力相当于分子间粘着力，磨损极小。如：曲轴轴承、增压器轴承等。,边界摩擦：摩擦表面被边界膜（后度为数分子直径）隔开，可分为吸附膜和反应膜，前者是靠润滑油极性分子吸附在摩擦表面而形成，后者是油中添加剂与摩擦表面反应生成。边界摩擦实质是吸附膜之间的相互滑动，摩擦介于干摩擦和液体摩擦之间；且边界膜有临界温度限制，超过则膜遭到破坏，转变
4、为混合摩擦。混合摩擦：干摩擦、液体摩擦、边界摩擦共存的摩擦状态，润滑油占多数则称为半液体摩擦，否则称为半干摩擦。一些摩擦场所，随工作条件的变化，摩擦种类也在变化。如：轴瓦、活塞环和缸壁等。,一、磨料磨损1、定义 硬的颗粒夹在摩擦表面里所引起的磨损称为磨料磨损。2、特征 出现疲劳剥落（齿轮）或塑性挤压（轴瓦）现象；有擦痕现象（柴喷油器针阀）；,零件磨损,3、磨损特点 磨损率与运动速度、相互作用力成正比；一般情况下，磨料硬度越高，磨损越大；材料的硬度越高，材料越耐磨；一般金属的磨损率随磨粒平均尺寸的增大而线性增加，但达到一定临界尺寸后，磨损率保持不变。4、采取措施 提高摩擦表面硬度；防止、减少磨料
5、进入摩擦副之间；增强润滑质量。,二、黏着磨损 1、定义：接触表面材料从一个表面转移到另一个表面的现象称为黏着磨损。黏着磨损是干摩擦的结果，局部高压力使凸起点将油膜、边界膜破坏，严重时产生局部高温，使接触点熔化、黏附，导致摩擦副“咬死”，是一种严重破坏汽车零件的磨损。2、特点：磨损量与粘着点结合强度有关；若比摩擦副的任一方强度都低，则从粘结点界面处断开，材料转移轻微，磨损较小。若比摩擦副的任一方强度都高，则金属从一个零件表面转移到另一个表面，且转移量较大，磨损较严重。脆性材料比塑性材料抗粘性高。,材料表面越光滑，磨损量越小；润滑质量越好，磨损越小；运动速度越高、负荷越大，磨损越严重；3、措施保证
6、合理的装配间隙；正确选用摩擦副材料：选用性质不相近的材料，选用多相金属或金属化合物，选用脆性材料；适时更换润滑油，确保润滑质量；对摩擦表面适当处理（渗碳、镀铬等），提高表面硬度。,三、疲劳磨损 1、定义 齿轮、凸轮、滚动轴承座圈经过一定时间的使用后，在摩擦面会出现麻点或洼坑。这种在滚动或滚动加滑动摩擦中，由于接触应力反复作用，使摩擦表面产生的磨损和剥落的现象称为疲劳磨损。表面疲劳磨损与一般疲劳断裂破坏是不同的，前者是伴随着摩擦与磨损的表面塑性变形、发热，以及受到润滑油流体楔入作用（裂纹与运动同向）对材料引起的破坏。,2、疲劳磨损机理：裂纹的产生（三种情况）；裂纹的扩展直至微粒脱落：产生于摩擦表
7、面：零件表面因疲劳而出现微裂纹后，其沿与表面呈锐角扩展在润滑油的劈开作用下，扩展加速，直至脱落，形成麻点坑。产生于次表面：当最大剪切力发生在一定深处，又恰遇此处强度低或有缺陷，则产生裂纹，最终脱落形成截锥状麻点坑。产生于强化层和心部过渡区：因存在残余应力所致；特征:先是小麻点剥落,后成大范围剥落,形成表层压碎现象。3、减轻表面疲劳磨损的途径 合理选用材料。提高零件表面硬度、减少粗糙度。合理选择润滑剂。,c:润滑油浸入裂纹,四、腐蚀磨损 1、定义：因相对运动零件表面发生腐蚀而产生的磨损，分为氧化磨损和特殊介质磨损两类。2、特点：摩擦和腐蚀并存；腐蚀形成材料变质层，并很快磨掉，又露出新材料层，然后
8、新层又被腐蚀，再被磨掉，不断循环，加快了磨损速度。3、氧化磨损 氧化磨损是最广泛的一种磨损形态，在汽车零件的各摩擦副中，普遍地存在氧化磨损。它无论在何种摩擦过程中及何种摩擦速度下，也无论接触压力大小和是否存在润滑情况下都会发生。,氧化磨损的产生：金属表面与空气中氧或润滑油中的氧作用形成氧化膜，这种氧化膜不断被除去，又反复形成的过程就是氧化磨损。4、特殊介质的磨损：零件配合表面存在酸、碱、盐等腐蚀介质，而形成的腐蚀磨损。介质的腐蚀性越强、温度越高，磨损速率越大。由于润滑油和燃烧产物含有酸性物质，发动机汽缸及轴瓦磨损就是这种磨损的特例。措施：避免发动机低温工作时间；减少低温起动次数；提高润滑质量。
9、,五、微动磨损 1、定义：在零件的嵌合部位、静配合处，虽无宏观相对运动，但在外部变动负荷的作用下，也会产生微小的振动，同时表面上产生大量的微小氧化物磨损粉末，由此造成的磨损称为微动磨损。2、机理：微动使过盈配合中表面凸起发生粘着和滑移，接触点被剪切，氧化膜被破坏，因两摩擦表面永不脱离接触，磨损产物不易往外排除，故兼有氧化磨损、磨料磨损和黏着磨损的作用。3、危害：配合变松，精度下降，引起应力集中。4、措施：采取消振措施（加装弹簧垫片）；正确选用配对材料和表面处理工艺；紧配合表面使用固体润滑剂。,六、穴蚀1、定义 穴蚀（或称气蚀）多发生在零件与液体接触并有相对运动的条件下。液体与零件接触处的局部压
10、力比其蒸发压低的情况下将产生气泡，同时，溶解在液体中的气体也可能析出。当气泡流到高压区，压力超过气泡压力时使其溃灭，瞬间产生极大的冲击力和高温。气泡的形成和溃灭的反复作用，使零件表面的材料产生疲劳而逐渐脱落，呈麻点状。如：发动机湿式缸套等。,2、影响缸套穴蚀的因素 1）结构的影响 缸套的穴蚀是由于缸套的高频振动而产生的，其振动强度和缸套壁厚有关。随着缸套壁厚的增加，由于刚度的提高，振动强度下降。一般地，缸套壁厚增加一倍，缸套振幅几乎降低一半；壁厚大于0.08D(D为汽缸直径）时，则不易发生穴蚀。活塞销轴上下两部分的质量分配不同，活塞横摆时绕活塞销翻转的力矩也不同，则使活塞撞击缸壁时的倾斜程度不
11、同。活塞以角边缘冲击时，缸套的振动强度大。,2）修理及装配质量的影响缸套倾斜的影响 缸套在缸体内倾斜，使活塞产生附加载荷，会增大活塞对缸套的冲击及缸套的振动。因此，安装缸套要避免倾斜。其倾斜的原因是：下支承橡胶密封槽与缸套轴线不同心；上下支承不同心；缸套端面支承凸肩与机体偏斜；缸体上部凸肩装配时压得不均匀。,位置偏差的影响 若装配时存在汽缸轴心线与曲轴轴心线的不垂直度，连杆轴颈轴心线与主轴颈轴心线的不平行度，连杆大小头轴心线的不平行度，活塞销孔轴心线与活塞轴心线的不垂直度等位置偏差，则活塞在汽缸内倾斜、偏缸，而使活塞撞击缸壁加剧，从而使缸套穴蚀加剧。活塞缸套装配间隙的影响 活塞与缸套的配合间隙
12、使活塞横摆时带着冲击性。间隙越大，缸套受活塞冲击就越大，越易造成缸套穴蚀。缩小活塞缸套的装配间隙是降低缸套振动强度的有效措施之一，但缩小程度要按柴油机具体情况而定。,3）冷却水温的影响 柴油机均有某一对应的最易产生穴蚀的温度。一般柴油机最易产生穴蚀的冷却水温度范围是40-60，在此温度以上或以下穴蚀都较轻。但冷却水在40 以下工作，发动机因过冷会带来一系列问题，所以冷却水温范围一般应在85-90 为好。4）冷却系统的设计质量：增大水套宽度，减少涡流区和死水区从而减少气泡生成量，可降低穴蚀概率。5）冷却液的质量：杂质多的冷却液更易生成气泡，穴蚀速度较高。,磨损因素和规律,1、影响因素：材料性质：
13、提高含碳量或加入合金元素。加工质量：降低几何形状误差,适当的表面粗糙度。工作条件：相对运动速度：过快，散热不良，升温，机油粘度降低，润滑不良，磨损加剧。单位压力：过高压力使油膜破坏，引起粘着磨损。工作温度：温度过高，油膜被破坏；温度过低，形成腐蚀性介质。均会导致磨损加剧。润滑质量：影响到形成油膜的质量，承压能力等。,磨损因素和规律,2、零件磨损规律：分三个阶段 1）磨合阶段 新零件摩擦表面具有一定的粗糙度，真实接触面较小，磨损加剧。时间里程较短，3000-5000公里。2）稳定（正常）磨损阶段 摩擦副间歇达到最佳状态，表面磨合质量好，磨损缓慢、稳定。时间里程很长，20万公里左右。3）激烈磨损阶
14、段 磨损迅速。零件表面工作条件恶化，零件形状开始改变，间隙增大、噪声、振动加大。,汽车的使用、维护与修理水平均影响零件磨损特性曲线的走向，从而影响到汽车的使用寿命。右图中曲线4为汽车在使用期间包括磨合期、正常工作期均得到良好使用、维修的磨损情况；曲线1为未执行磨合规范、工作期又未正常使用和维修的磨损情况；曲线2、3为介于二者之间的情况。,一、零件变形原因 零件在使用中的变形通常有四方面的原因 1、残余应力 2、外载荷 3、温度,第三节 零件变形失效分析,二、零件变形影响 1、汽缸体 汽缸体变形后，可能引起：汽缸轴线与曲轴轴线的不垂直度；曲轴轴线与凸轮轴轴线的不平行度；曲轴主轴承座孔的不同轴度；
15、汽缸体上下表面的不平行度；汽缸轴线与汽缸体下平面的不垂直度；汽缸前后端面对曲轴轴线的不垂直度等。,汽缸轴线对曲轴轴线的不垂直度对发动机使用寿命有显著影响，它能引起活塞连杆组在汽缸内的倾斜，不利于活塞连杆组在汽缸内的运动，使活塞环及活塞顶部产生较大的摩擦，从而增大发动机汽缸上部的磨损。主轴承座孔的不同轴度影响曲轴轴颈在座孔中的正确位置，严重时可能使曲轴在座孔中挠曲，不但影响液体润滑的形成，而且增加了曲轴转动的附加负荷，因而加速曲轴及轴承的磨损。,2、变速器壳 变速器壳体变形后，可能引起上下轴承座孔轴线的不平行度和前后两端面的不平行度等发生变化。前者是影响变速器正常工作和使用寿命的重要因素。变速器
16、壳上下轴承座孔轴线不平行度超过允许范围，使变速器传递的扭矩产生较大的不均匀性。扭矩的不均匀性是表明汽车动力状况好坏的重要特征之一，同时也是产生动载荷的原因之一。试验结果表明：这种不平行度为0.19 mm时，其扭矩的不均匀性比新变速器要高一倍。变速器上下轴承座孔的不平行度能引起较大的轴向力并造成变速器跳挡。变速器壳变形所引起的故障不仅会导致产生噪声,而且还会加剧滑动齿轮和与其啮合的齿轮的磨损。,第四节 零件疲劳失效分析一、疲劳断裂 1、定义 零件在交变应力作用下，经过较长时间的工作而发生断裂的现象称为零件的疲劳。2、疲劳断裂特点 疲劳断裂与静负荷下的断裂不同，其特点是：破坏时的应力远低于材料的抗
17、拉强度，甚至低于屈服极限；塑性材料和脆性材料零件在交变应力作用下的疲劳断裂，都不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的。因此，具有很大的危险性，常造成严重的事故。,3、机理 1）裂纹产生阶段交变载荷下产生的不均匀滑移 晶界及非金属夹杂处的疲劳裂纹 应力集中处产生裂纹 2）裂纹发展阶段第一阶段通常是从金属表面上的驻留滑移带、挤入沟或非金属夹杂物等处开始，沿最大切应力方向（和主应力方向约成45角）的晶面向内扩展。第二阶段裂纹扩展方向与主应力垂直，这一阶段裂纹的扩展途径是穿晶的，扩展速率较快。,3）疲劳断裂断口形貌特征 由于疲劳裂纹不断扩展，使零件的有效承载断面逐渐减小，因此应力不断增加。当应力超过材
18、料的断裂强度时，则发生断裂，断口形成了三个区域：裂纹策源区：疲劳源是裂纹的起点，多发生在台阶尖角、划痕等表面缺陷处。裂纹扩展区：具有一系列同心环纹（疲劳贝纹线），裂纹扩展速度中部大于边缘，表示材料对缺口敏感，否则，裂纹扩展速度中部小于边缘，表示材料对缺口不敏感，最后断裂区：这部分断口与静负荷下带有尖锐缺口形态的断口相似。塑性材料断口为纤维状，呈暗灰色；脆性材料断口为结晶状。若断裂区小，则材料受力小，强度高，反之，断裂区大，则材料受力大，强度低。,影响因素：应力集中:过渡圆角过小；划痕；沟槽等；如曲轴过渡圆角大小影响曲轴的受力等。残余应力：热处理;时效处理短;装配不当；使各部分相变程度不同，零件
19、处于不稳定状态。残余应力的长期存在，降低了弹性极限，产生塑性变形，引起零件变形。结构破坏，强度降低：维修不当,改变结构；如曲轴修磨过程中，改变了过渡圆角大小。不正确使用，超载、高温工作。抗疲劳断裂措施:延缓疲劳裂纹萌生时间:表面硬化、细化材料晶粒或使晶粒定向排列，提高疲劳强度极限；提高材料纯洁度，抑制疲劳裂纹的产生。降低疲劳裂纹扩展速率:钻止裂孔；扩孔清除疲劳裂纹（适用于内孔零件）；刮磨修理将零件局部表面产生的裂纹清除掉等。,严格执行走合、磨合规定:改善零件表面形状和性质。正确使用、操作：杜绝超载、超速、高温运行，避免形成疲劳裂纹。选用合理维修工艺：表面硬化（淬火、喷丸等）、表面抛光、表面热处理（渗碳、渗氮等），改变零件表面残余应力及其组织结构，提高零件抗疲劳能力。,作 业,评价汽车状况的主要指标有哪些?摩擦如何按润滑状况进行分类？降低磨料磨损的措施有哪些？疲劳断裂断口区域如何划分？,
