汽车失效理论

主要使用性能指标不符合技术文件的规定；
主要使用性能指标完全符合技术文件的规定，仅外观、外
形及其他次要性能参数值不符合技术文件的规定，且不影响 汽车完全发挥自身的功能。
2.汽车的工作能力与汽车故障
⑴汽车的工作能力
汽车按技术文件规定的使用性能指标，执行规定功能 的能力，称为汽车的工作能力。
⑵汽车故障 汽车故障是指汽车部分或完全丧失工作能力的现象。
⑵突发型 汽车技术状况的变化过程是随机的，没有 确定的形式，无规律可循，即汽车的总成或部件达到 极限状态时间是随机的、偶发的。 一般受汽车的使用条件、操作水平、零件材 料的不均匀性及隐伤和缺陷等随机因素所影响。如车 架、曲轴、转向节指轴的疲劳断裂，就会在瞬间使汽 车丧失工作能力，而与进入故障的概率和汽车过去的 工作状况无关。
当接触应力超过材料的屈服极限时
3）粘着磨损的特点
KWL KWL V 3 y 3H
磨损量V与摩擦副所承受的发向载荷W、摩擦副的相对滑移 距离L成正比； 磨损量与摩擦副材料的屈服极限σy、硬度H成反比； 对于不同的配对材料、不同的润滑条件、不同的表面状况， 粘着磨损系数K也不相同； 磨损量V与粘着点发生剪切的位臵有关：
三、汽车失效的原因
⑴设计制造：设计不合理、制造工艺不当、材料选择不当、 加工及配合精度不够等；
⑵使用与维修 ：超载、超速、润滑效果不良、滤清效果不 好、违反操作规程等；零件清洁度不够、装配不良、零件修 复工艺不当等。 ⑶工作条件： 1）道路条件的影响 路面的平整度； 2）运行条件的影响 交通流量； 3）运输条件的影响 作业性质； 4）气候条件的影响 环境温度、湿度和风速。
三、汽车零件磨损 1.汽车零件磨损的概念 汽车零件的磨损是指零件工作表面的物质由于相对 运动而不断耗损的现象。
磨损是伴随摩擦而产生的必然结果，磨损的发生零件的工作性能逐渐 降低；
磨损是个十分复杂的现象，它与零件的
材料、形状、硬 度、表面加工质量、受力状况、工作条件（载荷、温度、 相对运动速度、润滑条件）等有关；
4）防止或减小粘着磨损的措施 ①设法减小粘着磨损系数K。 选用不同金属或互溶性小的金属组成摩擦副； 选用金属与非金属材料组成摩擦副；
裂纹主要有两种形式，一种是垂直于表面的中间裂纹，另一种
是从压痕底部向表面扩展的横向裂纹。
在这种压入条件下，横向裂纹相交或扩展到表面时，材料微粒
便产生脱落、形成磨屑。由于裂纹能超过擦痕的边界，所以断裂 引起的材料迁移率可能比塑性变形引起的材料迁移率大得多。 实验证明，对于脆性材料，若磨料棱角尖锐、尺寸大，且施加载 荷高时，以断裂过程产生的磨损占主要地位，故磨损率很高。
擦痕，小部分磨料即棱面将切削金属形成切屑。
②以疲劳破坏为主的假说
该假说认为金属同磨料摩擦时，金属的同一显微体积经多次塑
性变形，使金属产生疲劳破坏，呈小颗粒从表层上脱落下来。 但并不排除同时存在磨料直接切下金属的过程。 滚动接触疲劳破坏产生的微粒多呈球形。 ③以压痕为主的假说
对塑性较大的材料，磨料在压力作用下压入材料表面，在摩
汽车零件的失效理论
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。
汽车失效规律
一、汽车技术状况
1.汽车技术状况概述 汽车技术状况是指能够定量测得的、表征某一时刻汽 车外观和性能的参数值的总和。
⑴表征汽车技术状况的参数
⑷混合摩擦 两摩擦副表面之间同时存在干摩擦、流体摩擦和边界 摩擦的摩擦。
把零件的摩擦分为干摩擦、流体摩擦和边界摩擦只 是为了讨论问题方便而已。实际上，零件通常都是在混合 摩擦状态下工作的；各类摩擦是可以相互转换的，其摩擦 状态随工作条件的变化而变化。如：长时间停车后重新起 动的发动机，其气缸壁与活塞环摩擦副表面之间的摩擦。
汽车零部件失效分析
汽车零部件的失效分析，是研究汽车零部件丧失规定功能的原 因、特征和规律，其目的是提高汽车的可靠性和使用寿命。
一、汽车零部件失效类型
⑴磨损：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、 腐蚀磨损、微动磨损； ⑵变形：弹性变形和塑性变形； ⑶疲劳断裂：高应力低周疲劳、低应力高周疲劳、腐蚀疲劳、热疲 劳； ⑷腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀； ⑸老化：龟裂、变硬。
磨损失效是影响汽车零件可靠性的主要因素，汽车上大约
有75﹪的零件是由于磨损而报废的。
2.汽车零件磨损的分类 按照零件的表面破坏机理和特征可将汽车零件的 磨损分为: 磨料磨损 粘着磨损 表面疲劳磨损 腐蚀磨损 微动磨损
3.汽车零件磨损失效分析 ⑴磨料磨损 1）磨料磨损的概念 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。 磨科磨损是最常见的，同时也是危害最为严重的磨损 形式。在各类磨损形式中，它大约占磨损总消耗的50％。 2）磨料磨损的失效机理 磨料磨损机理是属于磨料的机械作用，这种机械作 用在很大程度上与磨料的性质、形状、尺寸大小以及载 荷作用下磨料与被磨表面的机械性能有关；对于汽车零 件磨料磨损的失效机理，目前存在四种假说。
外部粘着：如果粘着点的结合强度比基体金属强度低，剪切将 发生在粘着点的界面上，这时，表面材料的转移极其轻微，滑 摩面也较平滑，只有轻微的擦伤。 当气缸与活塞、气门挺柱与凸轮处的润滑油膜遭到破坏时，可 能发生这种情况。 内部粘着：若粘着点的结合强度比基体金属强度高，剪切将发 生在原子结合力较弱一方的金属内部，这就必然伴随着金属从 从一个摩擦表面转移到另一个表面，且发生转移的金属量较大 。 气缸与活塞由于发动机过热或装配间隙过小所造成的“拉缸” ； 曲轴轴径与轴瓦由于缺油或装配间隙过小所造成的“抱轴”； 驱动桥主减速器圆锥齿轮因用油不当或调整不佳而造成的剧烈 磨损。
3）磨料磨损的特点
KWL KWL V 3 y 3H
V—磨损体积； W—法向载荷； L—摩擦副表面相对滑移距离；
Σy—材料的屈服极限； H—摩擦副中较软一方的硬度； K—磨料磨损系数，与摩擦条件（摩擦材料的性质、磨料的 性质及润滑条件等）有关。
3）磨料磨损的特点
磨损量与摩擦副所承受的发向载荷W、摩擦副之间的相对滑移
2）粘着磨损的失效机理
①第一类粘着磨损（冷焊） 缺油或油膜被破坏→ 零件表面的微凸体直接接触→ 接触面积小、接触应力大 微凸体塑性变形→ 冷焊粘着→ 粘着点剪断→ 再粘着→ 再剪断→ 零件表面材料不断耗损。 ②第二类粘着磨损（热磨损） 缺油或油膜被破坏→ 干摩擦→ 摩擦功转化成热量→ 零件表面接触点温度升高→ 接触点软化或熔化→ 粘着→ 剪断→ 再粘着→ 再剪断→ 零件表面材料不断耗损。 严重时会造成相对运动的停止，如“抱轴”、“拉缸”。
擦过程中，压入的磨料犁耕另一金属表面，形成沟槽，使金 属表面受到严重的塑性变形；
压痕两侧金属已经受到破坏，其它磨料很容易使其脱落。
④以断裂为主的假说 该假说主要针对脆性材料，以脆性断裂为主。
当磨料压入和擦划金属表面时，压痕处的金属产生变形，磨料
压入的深度达到临界深度时，随压力面产生的拉伸应力足以使 裂纹产生。
距离L以及磨料的硬度成正比；
磨损量与摩擦副材料的屈服极限σy、硬度H以及摩擦副间的
相对滑移速度成反比；
在其他条件相同的条件下，磨料尺寸与摩擦副的配合间隙相
近时，磨损量最大。
KWL KWL V 3 y 3H
4）减轻磨料磨损的措施
对于汽车零件来说，磨料磨损的发生一般处于两种情况： 粗糙的硬表面将软的摩擦副表面划伤； 由于汽车工作环境所带来的磨料以及摩擦表面脱落并在摩 擦中被强化了的颗粒所产生的作用。 因此，减轻磨料磨损的具体措施有： ①汽车零件在设计上应选择合适的耐磨材料；在制造过程中， 应尽量提高零件的表面加工质量与硬度。 ②创造良好的润滑条件。
①以微量切削为主的假说 该假说人为：
磨料磨损是由于磨料从金属表面切下微量切屑而造成的。 其依据是实验室里磨料磨损试验所获得的磨屑像切削加工的 切屑一样，呈螺旋弯曲形。

当塑性金属被固定的磨料摩擦时，在金属表面发生两个过程： 塑性挤压——形成擦痕 切削金属——形成磨屑
在摩擦过程中，大部分磨料在金属表面上只留下两侧凸起的
导致零部件失效的物理、化学或机械的变化原因。
2.汽车技术状况的变化类型
⑴渐进型 汽车技术状况的参数是随行使里程或时间 作单调变化的，可用一定的回归函数式表示其变化律 。 对于渐进性故障，原则上可通过及时的维 修来防止故障的发生；同时，还可以通过其变化规律 来预测故障的发生和对汽车进行不解体检测。 汽车零部件的磨损、间隙变化和机油消耗量 以及润滑油中杂质的含量都按这一规律变化。
4）减轻磨料磨损的措施
③在使用与维修中，应设法防止外界磨料进入各总成内部， 并进行良好的维护。
避免汽车在含尘率大的土路上列队行驶； 防止燃油、润滑油在存储和运输中混入杂质； 改善“三滤”的滤清质量； 密封曲轴箱、变速器壳体、驱动桥壳体、进气管接头等； 加强总成装配前的清洁工作。
⑵粘着磨损 1）粘着磨损的概念 摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结 果，造成接触面金属耗损的现象，称为粘着磨损。 粘着磨损是缺油或油膜被破坏后（大负荷、 高温等），发生干摩擦的结果。严重时会使摩擦副 咬死，如“抱轴”。
①结构参数：表征汽车结构的各种特性的物理量。如几何 尺寸、声学、电学和热学参数等。 ②技术状况参数：评价汽车使用性能的物理量和化学量。 如发动机的输出功率、转矩、油耗、排放，汽车噪声和 踏板自由行程等。
⑵汽车技术状况的表述
①汽车完好技术状况 指汽车完全符合技术文件规定要求的状况，即汽 车技术状况的各种参数值都符合技术文件的规定。 ②汽车不良技术状况 指汽车不符合技术文件中规定的任一要求的状况。处于不 良技术状况的汽车有以下几种可能：
⑶边界摩擦
相对运动的摩擦副表面之间被一层极薄的（通常只 有几个分子直径，1个分子直径=10-10 m ）、具有特殊性 质的润滑油膜所隔开的摩擦。 当流体摩擦的润滑油膜形成的条件不断恶化时（如 润滑油粘度、摩擦副表面相对运动速度持续降低或外载荷 不断增大），流体摩擦将逐渐演变为边界摩擦。 在边界摩擦状态下，由于摩擦副表面之间的油膜厚度很 小，在工作中受冲击载荷和高温等作用很容易被破坏，所以 不如流体摩擦可靠。
二、汽车零件摩擦基础知识 1.概念 两物体之间相互运动，使其接触表面产 生运动阻力的现 象称为摩擦。 2.分类 按零件表面润滑状态的不同，摩擦可分为以下四种类型
⑴固体摩擦（干摩擦） 摩擦副之间完全没有润滑介质时的摩擦。 处于干摩擦状态下的摩擦副表面会产生较大的运动阻力， 使零件表面急剧磨损；所以，汽车上除了有意加以利用的特 殊场合外，一般不希望发生干摩擦。
6）汽车在行使中出现异响和异常振动，存在着引起交通 事故或机械事故的隐患。
7）汽车的可靠性变差，使汽车因故障停驶的时间增加。
二、汽车零部件失效规律
1.失效的概念 ⑴失效 汽车零部件失去原设计规定的功能成为失效。 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。 ⑵失效模式 是指失效件的宏观特征。 ⑶失效机理
只要汽车的工作能力遭到破坏，汽车就处于故障状 态。如汽车的油耗或排放超出了技术文件的规定，汽车 虽然仍可继续行使，但它是处于故障状态的。
3.汽车技术状况变化的外观特征
1）汽车动力性变差。（功率、加速时间）
2）汽车燃料消耗量和润滑油消耗量显著增加。 3）汽车制动性能变差。 4）汽车操纵稳定性能变差。 5）汽车排放和噪声超限。
汽车上离合器、制动器的摩擦副属于干摩擦；气缸壁上部与 活塞环之间以干摩擦和边界摩擦为主；曲轴轴径和轴承之间，在 工作过程中受冲击载荷作用时会出现干摩擦。
⑵流体摩擦（液体摩擦） 相对运动的摩擦副表面不直接接触，而是被一层厚度 为1.5-2.0µm的润滑油膜完全隔开的摩擦。 处于流体摩擦状态下的摩擦副，其摩擦阻力很小 （k=0.001-0.008），因此零件的磨损也非常轻微。 汽车上大部分摩擦副在正常状态下都处于流体摩擦。