汽車零件的失效形式與規律

配套教材信息教材名稱:汽車維修技術與設備教材主編:凌永成教材定價:30RMB出版社:北京大學出版社出版時間/版次:2008年8月第1版國際標準書號(ISBN):978-7-301-13914-1教材所屬系列:21世紀全國高等院校大機械系列實用規劃教材汽車系列教學提示:熟悉汽車零件得常見失效形式與影響因素,掌握汽車零件得失效規律,對于正確使用與維護車輛具有重要意義。教學要求:本章主要介紹汽車零件得常見失效形式與汽車零件得失效規律。重點內容就是汽車零件得常見失效形式、影響因素與汽車零件得失效規律。要求學生了解汽車零件得常見失效形式,熟悉汽車零件失效得影響因素,掌握汽車零件得失效規律。2、1磨損與磨損規律零件摩擦表面得金屬在相對運動過程中不斷損失得現象稱為磨損。對于一個表面得磨損,可能就是由于單獨得磨損機理造成得,也可能就是由于綜合得磨損機理造成得。磨損得發生將造成零件形狀、尺寸及表面性質得變化,使零件得工作性能逐漸降低。2、1、1磨損得分類磨損就是一個相當復雜得過程。根據零件磨損機理得不同,可分為粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損。1、粘著磨損由于摩擦表面間接觸點粘著作用,使一個零件表面得金屬轉移到另一個零件表面所引起得磨損,稱為粘著磨損。汽車發動機中所發生得粘著磨損,多數就是由于配合間隙過小,運動零件表面加工紋理還沒有磨合好,就過早地增大負荷,使發動機工作溫度過高,缺乏足夠得冷卻條件,造成零件得粘著磨損。2、磨料磨損在摩擦表面間,由于硬質固體顆粒使相對運動得零件表面產生磨損,稱為磨料磨損。這些硬質固體顆粒稱為磨料。磨料來自空氣中得塵埃、燃油及潤滑油中得雜質及粘著磨損脫落得金屬顆粒。磨料磨損得現象就是在兩個工作表面上存在有許多直線槽,它們可以就是很輕得擦痕或就是很深得溝槽。為了減輕零件得磨料磨損,一般從兩個方面采取措施:一就是防止或減少空氣、燃料與潤滑油中得磨料進入摩擦表面;二就是保證零件得表面質量,提高其耐磨性。3、表面疲勞磨損兩接觸面作滾動或同時帶有滑動得滾動摩擦條件下,使材料表面疲勞而產生物質損失得現象叫做表面疲勞磨損。其特點就是由于循環接觸應力得作用,首先在表層內產生疲勞裂紋,然后裂紋沿著與表面成銳角得方向發展,達到某一深度后,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,由于介質得性質、介質得作用與摩擦材料性能得不同,在腐蝕與磨損共同作用下導致零件表面物質得損失,稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損得產生就是由于摩擦零件得表面在腐蝕氣體或液體環境中工作時會產生化學反應,在零件表面上生成化學反應膜,化學反應膜通常與基體金屬結合不牢,零件工作時,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。腐蝕磨損可分為氧化磨損、微動磨損與化學腐蝕磨損3種。2、1、2防止或減輕磨損得方法與途徑汽車零件得磨損通常就是有多種磨損形式共同作用得結果,其磨損強度與零件得材料性能、加工質量及工作條件等因素有關。根據磨損得理論研究與生產實踐經驗,防止或減輕磨損得方法與途徑有以下幾個方面。1、正確選擇材料應選擇疲勞強度高、防腐性能好、耐磨耐高溫得新鋼種新材料。配合副零件應盡量采用不同得材料制造,注意配對材料得互溶性。2、進行表面強化通過適當得表面強化方法,如表面熱處理(鋼得表面淬火等)、表面化學熱處理(鋼得表面滲碳、滲氮等)、噴涂、噴焊、鍍層、滾壓、噴丸等,使配合副零件具有不同得表面性質,提高零件表面得耐磨性。3、改善工作環境選用合適得潤滑劑與潤滑方法,盡量建立液體摩擦條件;盡量避免過大得載荷、過高得運動速度與工作溫度,創造良好得環境條件。4、合理得結構設計正確合理得結構設計就是減少磨損與提高耐磨性得有效途徑。10大家應該也有點累了,稍作休息大家有疑問得,可以詢問與交流正確合理得結構設計有利于摩擦副表面保護膜得形成與恢復壓力得均勻分布、磨屑得排出以及防止外界磨粒、灰塵得進入等。5、提高零件得加工質量零件得加工質量,就是指其表面粗糙度與幾何形狀誤差。幾何形狀誤差過大,將造成零件工作過程中受力不均,或產生附加載荷,使磨損加劇。表面粗糙度過大,會破壞油膜得連續性,造成零件表面凸起點得直接接觸,使磨損加快。在一般情況下,磨損速度隨零件表面粗糙度得減小而減小。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得減小而增大,如圖2、1所示。這就是因為,表面粗糙度過小,使零件表面得含油性降低,不利于油膜得形成,潤滑條件變差,磨損加劇。由此可見,對于不同條件下工作得零件,都應有適當得表面粗糙度。提高修復質量,提高裝配質量,以及正確地使用與維護,都就是防止與減少磨損得有效措施。圖2、1表面粗糙度對磨損得影響2、2腐蝕與穴蝕2、2、1腐蝕1、腐蝕得特點及危害金屬零件得腐蝕就是指表面與周圍介質起化學或電化學作用而發生得表面破壞現象。腐蝕損傷總就是從金屬表面開始,然后或快或慢地往里深入,并使表面得外形發生變化,出現不規則形狀得凹洞、斑點等破壞區域。腐蝕得結果使金屬表面產生新物質,時間長久將導致零件被破壞。2、減輕腐蝕得措施1)合理選材與設計

合理選材,即根據環境介質與使用條件,選擇合適得材料。如選用含有鎳、鉻、硅、鈦等元素得合金鋼;在條件許可得情況下,盡量選用尼龍、塑料、陶瓷等材料。

合理設計,在設計過程中,雖然應用了較優良得材料,但就是如果在結構設計上不考慮金屬得防腐蝕措施,常會引起機械應力、熱應力以及流體得停滯與聚集、局部過熱等現象,從而加速腐蝕過程。

不同得金屬、氣相空間、熱量與應力不均以及體系中各部位間得其她差別,都會引起腐蝕破壞。

因此,設計時應努力使整個體系得所有條件盡可能地均勻一致,零件表面粗糙度合適,設計結構合理,外形簡化。2)覆蓋保護層它就是以表面薄膜得形式在金屬表面上附加一層不同得材料,改變零件得表面結構,使金屬與介質隔離開來,用以防止腐蝕。①金屬保護層。采用電鍍噴焊、化學鍍等方法,在金屬表面覆蓋一層如鎳、鉻、錫、鋅等金屬或合金作為保護層。②非金屬保護層。常用得有油漆、涂料、玻璃鋼、硬軟聚氯乙烯、耐酸酚醛塑料等,臨時性防腐可涂油或油脂。③化學保護層。用化學或電化學方法在金屬表面覆蓋一層化合物薄膜,如磷化、發藍、鈍化、氧化等。④表面合金化。如滲氮、滲鉻、滲鋁等。3)改變環境條件采用通風除濕等措施去除環境中得腐蝕介質,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。在腐蝕介質中加入少量降低腐蝕速度得緩蝕劑,可減輕金屬得腐蝕。2、2、2穴蝕1、穴蝕得特點及危害相對于液體運動得固體表面,因氣泡破裂產生局部沖擊高壓或局部高溫所引起得零件表面金屬剝落現象稱為穴蝕。穴蝕常發生在柴油機缸套得外壁、水泵零件、水輪機葉片、液壓泵等處。柴油發動機濕式汽缸套得外壁經常發生穴蝕,也稱氣蝕,如圖2、2所示。現象為在局部地方集中出現蜂窩狀得孔穴。穴蝕現象在滑動軸承、水泵零件、水輪機葉片、液壓泵中時常發生。隨著發動機向高速發展,穴蝕破壞愈來愈顯得突出。圖2、2缸套穴蝕2、減輕穴蝕得措施減輕穴蝕得措施主要有幾下幾種:①增加零件得剛性,改善支承,采取吸振措施,以減小液體接觸表面得振動,以減少水擊現象得發生。②選用耐穴蝕得材料,如球狀或團狀石墨得鑄鐵、不銹鋼、尼龍。可在零件表面涂塑料、陶瓷等防穴蝕材料。③改進零件得結構,提高表面質量,減少液體流動時產生得渦流或斷流現象。④在水中添加乳化油,減小氣泡爆破時得沖擊力。2、3斷裂與變形2、3、1斷裂1、斷裂得分類根據對斷口得不同觀察方法與形狀特征,斷裂可以有不同得分類方法。按零件斷裂后得自然表面即斷口得宏觀形態特征,可分為塑性斷裂與脆性斷裂;按斷口得微觀形態特征分為晶間斷裂與穿晶斷裂;按零件斷裂前所承受載荷得性質,可分為一次加載斷裂與疲勞斷裂。2、疲勞斷裂零件在較長得時間內,在交變載荷作用下,才發生突然斷裂得現象稱為疲勞斷裂。汽車上零件得裂紋及斷裂,絕大多數就是由疲勞引起得,疲勞斷裂占整個斷裂得70％～80％,它得類型很多,包括拉壓疲勞、彎曲疲勞、扭轉疲勞、接觸疲勞、振動疲勞等。疲勞又可根據循環次數得多少,分為高周疲勞與低周疲勞。零件得疲勞斷裂與靜載荷下得斷裂不同,其特點就是破壞時得應力遠低于材料得抗拉強度,甚至低于材料得屈服強度。不論就是塑性材料還就是脆性材料,疲勞斷裂時,不產生明顯得塑性變形,均表現為脆性斷裂。3、減輕斷裂得措施減輕斷裂得措施主要有以下幾點。1)減少局部應力集中大部分疲勞斷裂都就是起源于應力集中嚴重得部位,因此減少局部應力集中就是減輕或防止疲勞斷裂得最有效措施之一。在零件材料選擇時,應盡量減少材料缺陷;設計中必須改善零件得結構形狀,并注意減少局部應力集中。2)減少殘余應力影響各種加工與熱處理工藝過程,如機械加工、沖壓、彎曲、熱處理等都能引起殘余應力。—般殘余拉應力就是有害得,但殘余壓應力則就是有益得。滲碳、滲氮、噴丸與表面滾壓加工等工藝過程均可產生殘余壓應力,它們將抵消一部分由外載荷引起得拉應力,因而減少了發生斷裂得可能性。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得大小、性質,降低其超載程度。4)其她措施使用時應注意早期發現裂紋,定期進行無損探傷與監測。盡量減輕零件得腐蝕損傷,盡量避免熱應力。維修時應注意操作規程,避免因拆裝、存放、加工而使零件受損傷。裂紋與斷裂零件可用焊接、粘接、鉚接等方法修復。對不重要零件上得裂紋,可鉆止裂孔防止或延緩其擴展。2、3、2變形大量得維修實踐表明,雖然將磨損得零件進行修復,恢復了原來得尺寸、形狀與配合性質,但裝配后仍達不到預期得效果。出現這種情況,通常就是由于零件變形,特別就是基礎零件變形,使零部件之間得相互位置精度遭到破壞,影響了各組成零件之間得相互關系。1、變形得基本概念機械零件在工作過程中,由于受力得作用而使零件得尺寸與形狀發生改變得現象稱為變形。變形分彈性變形與塑性變形兩種。1)彈性變形彈性變形就是指外力去除后能完全恢復得那部分變形。汽車零部件中,通常經過冷校直得零件(如曲軸)經一段時間使用后又發生彎曲,這種現象就是彈性后效所引起得,所以校直后得零件都應進行退火處理。所謂彈性后效,就是指金屬材料在低于彈性極限應力作用下會產生應變并逐漸恢復,但總就是落后于應力得現象。2)塑性變形塑性變形就是指外力去除后不能恢復得那部分變形。在變形中,塑性變形對零件得性能與使用壽命有很大影響。2、變形得危害汽車零件得變形,特別就是各總成基礎件得變形,將導致各零件正常得配合性質被破壞,潤滑條件變差,并產生一定得附加載荷,使零件得磨損加劇,使用壽命降低,甚至導致各零件不能正常運動,失去工作能力。3、基礎件變形對總成得影響1)汽缸體變形得影響汽缸體變形可能引起汽缸軸線與曲軸軸線得垂直度、曲軸軸線與凸輪軸軸線得平行度、曲軸主軸頸軸線得同軸度以及汽缸體上下平面得平行度、汽缸軸線與汽缸體下平面得垂直度等得改變。汽缸軸線對曲軸軸線得垂直度偏差,將引起活塞連桿組零件在汽缸內得傾斜,使活塞環與汽缸壁之間得磨損加劇,發動機得使用壽命降低。主軸承座孔得同軸度偏差,將引起曲軸在座孔中得撓曲,從而影響潤滑油膜得形成與增加曲軸得附加負荷,加速了曲軸及軸承得磨損。2)變速器殼體變形得影響變速器殼體得變形主要表現為軸承座孔軸線得同軸度、平行度以及與前后端面得垂直度等超過公差要求。變速器殼體變形后,可能引起上、下軸承座孔軸線得平行度與前后兩端面得平行度得變化,影響變速器得正常工作與使用壽命。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生較大得不均勻性,同時產生動載荷,工作時產生噪聲。變速器上下軸承座孔不平行,破壞了齒輪得正常嚙合,造成齒面偏磨,產生較大得軸向力,不僅加劇了齒輪得磨損,有時還造成跳擋與掉擋。2、4汽缸得磨損及其規律汽缸得磨損程度就是判斷發動機技術狀況就是否良好、就是否需要大修得重要依據。汽缸磨損至一定程度,發動機動力性能顯著下降,油耗急劇增加,工作性能變壞,甚至不能正常工作。因此,了解汽缸磨損原因與規律,不僅能正確地對其進行修理,而且對于正確使用與管理汽車,減少汽缸得磨損,延長發動機得使用壽命,有重要得指導意義。2、4、1汽缸得磨損規律

汽缸就是在潤滑不良、高溫、高壓、交變載荷與腐蝕性物質作用下工作得。

汽缸磨損就是不均勻得,但正常情況下有一定得規律性:1、軸向截面得磨損規律

從汽缸得縱斷面瞧,活塞環行程內得磨損一般就是上大下小即稱為“錐形”或“錐體”,如2、3所示。磨損得最大部位在活塞位于上止點時第一道活塞環所對應得缸壁。圖2、3汽缸得錐形磨損2、徑向截面得磨損規律

從汽缸橫斷面來瞧,汽缸得磨損也就是不均勻得,磨損成不規則得橢圓形,如圖2、4所示。各汽缸沿圓周方向得最大磨損部位隨汽缸結構、車型、使用條件得不同而異。一般就是進氣門對面附近缸壁磨損最大。圖2、4汽缸得橢圓形磨損在汽缸內活塞環接觸不到得上口,沒有磨損而形成了明顯得臺階,稱為“缸階”或“缸肩”,如圖2、3所示。汽缸下部活塞運動區域外得汽缸壁,由于潤滑條件比較好,溫度適中,沒有活塞環摩擦作用,汽缸也幾乎沒有磨損。圖2、3汽缸得錐形磨損在特殊情況下,汽缸得磨損不在上部,而就是在中部,形成中間大得“腰鼓形”磨損,如圖2、5所