汽车零部件的失效模式及其分析

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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
基本原因 工作条件
三、零件失效的基本原因
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
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一、失效的概念
源自文库
汽车零部件失去原设计所
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。
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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；
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。
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一、摩擦学基础理论
• ⒈摩擦理论；
• ⒉摩擦分类；
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⒈几种主要的摩擦理论
名称
主要内容
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
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橡胶轮胎、塑料器件
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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
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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。
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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；
⒈机械理论
⒉分子吸附 理论
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。
面的严重磨损，而 1μm 以 下 的 尘 埃 同 样会使凸轮挺杆副 磨损加剧；
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磨料磨损的失效机理（假说）
以 微 量 切 削 为 主 的 假 说 ；塑 性 金 属 同固定的磨料摩擦时：磨屑呈螺旋形、 弯 曲 形 等 ；在 金 属 表 面 内 发 生 ⑴ 塑 性 挤 压 、形 成 擦 痕 ；⑵ 切 削 金 属 ，形 成 磨 屑 ；
形式只在某些特定条件下才会发生。
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三、磨料磨损及其失效机理
定义：物体表面与硬质颗
粒或硬质凸出物（包括硬金属•）
相互摩擦引起表面材料损失的 现象称为磨料磨损；
磨料的来源； 粒 度 为 20μm ～ 30μm的尘埃将引起 曲轴轴颈、气缸表
在 各 类 磨 损 形 式 中 大 约 占 磨 损 总 消 耗 的 50% ； 危 害 最 为 严 重的磨损形式；
桶面活塞环与气缸壁、轴颈与轴瓦
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
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二、磨损的分类
磨损与零件所受的应力状态、工作与润滑条
件、加工表面形貌、材料的组织结构与性能以及 环境介质的化学作用等一系列因素有关；
按表面破坏机理和特征，磨损可分为磨料磨 损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动 磨损等；前两种是磨损的基本类型，后两种磨损
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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。
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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；
一个零件可能同时存在几种失效模 式或失效机理。
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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
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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， 摩擦效应还伴随着表面材料的逐渐消耗，这就是磨损。
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；
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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；
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；
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；
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