汽车零部件失效模式及其分析

面加工的缘故使活 塞在运动中活塞环 与气缸壁运动表面 间都存在楔形间隙； • 在发动机磨合过 程中，矩形断面活 塞环演变成类似桶 面环的形状。
轴颈与轴瓦间楔形润滑油膜建立过程
收敛油楔形成动压油膜
• 在其它外界因素 一定的情况下， 两表面间形成油 膜的条件与摩擦 副表面相对运动 速度、润滑油粘 度、外载荷有关。
当两固体表面接触时，由于表面凹凸不平，相互啮合，产 生了阻碍两固体接触表面相对运动的作用。（只适用于固 体的粗糙表面）
摩擦力产生得主要原因在于两摩擦表面分子之间的相互吸 引力。
⒊粘着理论 摩擦力主要取决于剪断金属粘着和冷焊点所需的剪切力。
⒋分子－机 械理论
发生在接触点处分子吸引和机械啮合所构成的合成阻力就 是所谓的摩擦力。在载荷作用下的接触表面的相互作用可 分为机械作用（取决于表面变形）和分子作用（取决于原 子相互吸引），在摩擦过程中所占比例与材料的表面粗糙 度、载荷大小、材料种类等因素有关。
⑶边界摩擦（边界润滑）
是指相对运动表面间被极薄的一层（通常只有几 个分子直径厚）具有特殊性质的润滑膜所隔开的摩擦。
分类方式
按摩擦副 的相对运 动形式
按摩擦副 表面的润 滑状况
⒉摩擦分类
内容 滑动摩擦 滚动摩擦 复合摩擦
固体摩擦
举例 活塞与活塞环在气缸孔的往复运动 滚动轴承滚柱、滚珠与内、外圈滚 道表面间的摩擦 凸轮轴凸轮与气门挺杆表面间、齿 轮传动机构轮齿表面所发生的摩擦
汽车离合器、制动器
流体摩擦 边界摩擦
桶面活塞环与气缸壁、轴颈与轴瓦
⑵流体摩擦（流体润滑）
相对运动的摩擦副表面间不直接接触，而 被一层厚2.5微米以上的润滑油膜完全隔开的摩
擦；摩擦系数很小通常为0.001~0.008。 建立条件：在零件摩擦副处形成逐渐收敛 的楔形间隙。才可能出现并维持具有一定承载
能力的楔形润滑油膜；
桶面环与气缸壁间的楔形间隙与油膜
• 由于活塞环表
发动机活塞环与缸套上部、配汽机 构凸轮与挺杆、齿轮传动副的齿面
⑴固体摩擦 在汽车上，一般将摩擦副表面间完全
没有润滑油或其他润滑介质时的摩擦。 在固体摩擦条件下，摩擦表面直接接
触，产生强烈地阻碍摩擦副表面相对运动 的分子吸引和机械啮合作用，消耗较多的 动力，并将其转化为有害的摩擦热。同时， 固体摩擦往往伴随着强烈的摩擦副表面磨 损。
式或失效机理。
汽车零件失效分类
失效类型
失效模式
举例
磨损
疲劳断裂 腐蚀 变形
粘着磨损、磨料磨损、表 面疲劳磨损、腐蚀磨损、
微动磨损
低应力高周疲劳、高应力 低周疲劳、腐蚀疲劳、热
疲劳
化学腐蚀、电化学腐蚀、 穴蚀
过量弹性变形、过量塑性 变形
汽缸工作表面“拉缸”、曲轴“抱 轴”、齿轮表面和滚动轴承表面的麻
点、凹坑等
曲轴断裂、齿轮轮齿折断等
湿式汽缸套外壁麻点、孔穴 曲轴弯曲、扭曲，基础件（汽缸体、
变速器壳、驱动桥壳）变形
老化
龟裂、变硬
橡胶轮胎、塑料器件
三、零件失效的基本原因
⒈工作条件 包括零件的受力状况和工作环境；
⒉设计制造 设计不合理、选材不当、制造工艺不 当等；
⒊使用维修
基本原因 工作条件
三、零件失效的基本原因
第二章汽车零部件的失效模式及其分析
重点： 1.汽车零件失效的基本原因； 2.汽车摩擦学理论； 3.磨损的分类与失效； 4.汽车零件疲劳； 5.汽车零件的变形； 6.汽车零件的腐蚀；
第二章汽车零部件的失效模式及其分析
• 难点： • 1.汽车摩擦学-混合摩擦； • 2.粘着磨损；微动磨损； • 3.腐蚀磨损； • 4.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法； • 5.基础件的变形；
三、零件失效的基本原因
⒉设计制造；⒊使用维修；
基本原因
主要内容
应用举例
设计制造 使用维修
设计不合理；
轴的台阶处直角过渡、过小的圆角
半径、尖锐的棱边等造成应力集中；
花键、键槽、油孔、销钉孔等处，
设计时没有考虑到这些形状对截面的削 弱和应力集中问题，或位置安排不妥当；
选材不合理； 制动蹄片材料热稳定系数不好；
规定的功能称为失效。失效不 仅是指完全丧失原定功能，而 且还包含功能降低和有严重损 伤或隐患、继续使用会失去可 靠性和安全性的零部件。
二、失效的基本形式
按失效模式和失效机理对失效进行
分类是研究失效的重要内容。
汽车零部件按失效模式分类可分为 磨损、疲劳断裂、变形、腐蚀及老化等
五类； 一个零件可能同时存在几种失效模
磨损是摩擦效应的一种表现和结果。“磨损是构件由 于其表面相对运动而在承载表面上不断出现材料损失的过 程。”
据统计有75%的汽车零件由于磨损而报废。因此磨损 是引起汽车零件失效的主要原因之一。
一、摩擦学基础理论
• ⒈摩擦理论；
• ⒉摩擦分类；
⒈几种主要的摩擦理论
名称
主要内容
⒈机械理论
⒉分子吸附 理论
⒈工作条件
主要内容
应用举例
零件的受力状况
曲柄连杆机构在承受气体压力过程 中，各零件承受扭转、压缩、弯曲载荷 及其应力作用；
齿轮轮齿根部所承受的弯曲载荷及 表面承受的接触载荷等；
绝大多数汽车零件是在动态应力作 用下工作的。
工作环境；
汽车零件在不同的环境介质和不同
的工作温度作用下，可能引起腐蚀磨损、 磨料磨损以及热应力引起的热变形、热 膨胀、热疲劳等失效，还可能造成材料 的脆化，高分子材料的老化等。
第二章汽车零部件的失效模式及其分析
汽车零部件失效分析，是研究 汽车零部件丧失其功能的原因、特 征和规律；目的在于：分析原因， 找出责任，提出改进和预防措施， 提高汽车可靠性和使用寿命。
第一节汽车零部件失效的概念及分类 一、失效的概念； 二、失效的基本类型； 三、零件失效的基本原因；
一、失效的概念 汽车零部件失去原设计所
制造工艺过程中 产生裂纹、高残余内应力、表面质量不 操作不合理； 良；
使用； 维修；
汽车超载、润滑不良，频繁低温冷启动； 破坏装配位置，改变装配精度；
第二节汽车零部件磨损失效模式与失效机理
汽车或机械运动在其运动中都是一个物体与另一物体
相接触、或与其周围的液体或气体介质相接触，与此同时 在运动过程中，产生阻碍运动的效应，这就是摩擦。由于 摩擦，系统的运动面和动力面性质受到影响和干扰，使系 统的一部分能量以热量形式发散和以噪音形式消失。同时， 摩擦效ห้องสมุดไป่ตู้还伴随着表面材料的逐渐消耗，这就是磨损。