汽车维修工程学课件-第二章

2）汽车燃料消耗量和润滑油消耗量显 著增加。如接近大修里程的汽车， 其燃料消耗量将增加15%以上。 3）汽车制动性能变差。 4）汽车操纵稳定性能变差。 5）汽车排放和噪声超标。 6）汽车在行驶中出现异响和异常振动 ，存在引起交通事故和机械事故的 隐患。 7）汽车的可靠性变差，使汽车因故障 停驶的时间增加。
• 包括空气含尘量、燃油中的含尘量、 润滑油中的含尘量。 • b.工作气体压力的影响:工作气体压 力对气缸磨损的影响是通过活塞环 对缸壁的压力实现的。 • 第一道活塞环压向缸壁的压力高达 燃烧定压力的76%，约3MPa。 • 第二道活塞环压向缸壁的压力大约 为燃烧定压力的20%，约0.75MPa。 • 第三道活塞环压向缸壁的压力大约 为燃烧定压力的7.6%，约0.3MPa。
• 减轻磨料磨损的措施： • 首先要清除掉磨料，不仅润滑油要 滤清，燃料也要滤清；其次应增加 零件的抗磨性能，提高摩擦表面硬 度。使表面硬度尽可能高于磨料的 硬度，提高零件的耐磨性。 • 2）疲劳磨损：两零件接触表面在交 变载荷作用下，零件表层因疲劳而 产生物质剥落的现象，称为疲劳磨 损。
• 失效机理： • 疲劳磨损是疲劳和摩擦共同作用的 结果，其失效过程分为两个阶段： • ①疲劳核心裂纹的形成； • ②疲劳裂纹的发展； • ③材料微粒的脱落，在零件表面形 成点状或片状凹坑。 • 影响因素： • ①零件的材质； • ②零件表面的硬度。
第二章
汽车零件失效理论
第一节 汽车失效规律
一、汽车技术状况的变化 1 、汽车技术状况的定义 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。 2、汽车技术状况的分类 表征汽车技术状况的参数分为两大类：
①结构参数：表征汽车结构的各种特 性的物理量。 ②技术状况参数：评价汽车使用性能 的物理量和化学量。 （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，即技 术状况的各种参数值，都完全符合技 术文件的规定。处于完好技术状况的 汽车，完全能正常发挥汽车的全部功 能。
三、汽车失效的主要原因 1、汽车零件的耗损。 2、使用条件对汽车技术状况的影响。 （1）道路条件。 （2）运行条件。 （3）运输条件。 （4）气候条件。 （5）维修水平。
第二节 汽车零部件失效分析
一、汽车失效类型 1、磨损。 2、腐蚀。 3、老化。 4、疲劳断裂。 5、变形。 二、汽车零件磨损 1、汽车零件的摩擦 （1）概念：两物体相对运动使其接触表面 间产生运动阻力的现象称为摩擦。
• 3）粘着磨损：当金属表面的油膜被 破坏，摩擦表面间直接接触而发生 粘着作用，使一个零件表面的金属 转移到另一个零件表面引起的磨损， 称为粘着磨损。它主要是由于金属 表面负荷大、温度高而引起的。干 摩擦和在润滑不良条件下工作的滑 动摩擦副容易产生粘着磨损，严重 时会使摩擦副咬死
• 失效机理： • ①冷粘着：金属原子之间互相扩散， 吸引引起的。由于表面存在微观不 平，表面的接触发生在微凸体处， 在一定载荷作用下，接触点处发生 塑性变形，使其表面膜被破坏，两 摩擦表面金属直接接触形成粘结点 （即固相焊合）。 • ②热粘着：当摩擦副在高的滑动速 度，大接触应力的工作条件下，摩 擦副表面实际接触的微凸体，因大 量的摩擦热而产生熔化和熔合，
• 5、汽车典型零件的磨损 • （1）气缸-活塞环的磨损 • ①气缸的磨损特点： • a.高度方向的磨损：正常情况下， 在活塞环运动区域内的磨损呈锥形。 气缸最大磨损部位是当活塞在上止 点位置时，第一道活塞环所对应的 缸壁，活塞环没有接触到的上口几 乎没有磨损。
• b.直径（圆周）方向的磨损：气缸 沿圆周方向的磨损也不均匀，形成 不规则的椭圆形，各方向的磨损量 往往相差3～5倍，最大磨损区的位 置随结构和使用条件的不同而不同， 一般的倾向是位于进气门的对面。 • ②影响因素 • a.磨料的影响
• ④磨损机理假说 • a.以磨料磨损为主的假说：认为气缸的 主要磨损为磨料磨损。 • b.以腐蚀—机械磨损为主的假说：形成 的有机酸和无机酸，对气缸壁腐蚀而产 生的磨损。 • c.以起动磨损为主的假说：发动机反复 起动，对气缸产生的磨损。
• （2）曲轴轴颈-轴承的磨损 • ①工作特点：曲轴轴颈-轴承组是发 动机中的主要配合副，曲轴将活塞 的往复运动变为其本身的旋转运动， 它承受着往复运动的惯性力和旋转 离心力，曲轴在这些力的作用下发 生弯曲和扭转变形，曲轴工作时轴 颈表面在轴承内的滑动速度很高 （超过10m/s），润滑油的温度很高 （100～150℃）。
• ③金属表面渗碳层厚度：渗碳层应 当厚一些，一般要大于0.15～ 0.25mm。 • ④零件表面粗糙度：以滚动轴承为 • 例： 0.4 比 0.1 的寿命高4～
• 6倍，0.6 又比 0.4 高40%，再提高
• 时对寿命影响很小。
• ⑤润滑油质量： • 润滑油粘度高，接触压应力分布均 匀，有利于提高抗疲劳磨损的能力， 粘度太高又容易受阻。 • 低粘度的润滑油易渗入裂纹中，加 速裂纹的扩展及疲劳磨损，另外润 滑油中含水分过多也会降低抗疲劳 磨损的能力。
• 4）氧化磨损与微动磨损： • ①氧化磨损：零件摩擦表面微凸体 上的氧化膜由于摩擦遭到破坏而脱 落，而在另一次摩擦接触前又形成 新的氧化膜，这种氧化膜不断被除 去，又反复形成的过程称为氧化磨 损。 • ②微动磨损：零件的嵌合部位，静 配合处，在力或振动作用下产生的， 由静配合变成动配合，而产生
• 微小的滑动，此时表面上产生大量 的微小氧化物磨损粉末，由此造成 的磨损称为微动磨损。 • 影响因素： • ①零件振动：振动幅度的大小，振 动频率对磨损量都会产生影响。 • ②配合副的材质：铝-铝、铝-钢配 合都容易产生微动磨损。 • ③空气含量（主要氧气和腐蚀气体 的含量）对磨损量也会产生影响。
• ②曲轴轴颈的磨损规律 • a.径向磨损: 呈椭圆形，最大磨 损处是在连杆轴颈的内侧对着主轴 颈轴线的一面。 • b.轴向磨损：呈锥形，磨损前端大 后端小。
• ③磨损的原因 • 椭圆磨损：连杆向外受三个力作用： 作功所产生的力、惯性力和离心力。 这三个力的合力方向向外，主要集 中作用在轴颈内侧（即面向主轴颈 轴线一侧），且因连杆内端和连杆 轴始终接触，所以磨损大。
• 3、减少磨损的措施 • （1）正确选择材料：配合副材料尽 量选不同，如一硬一软不易磨损。 • （2）正确选择配合副。 • （3）进行表面强化。如材质达不到 设计要求时，则要改进其表面性能。 • （4）改善工作环境：不要超载，减 轻载荷。
• （5）结构设计合理：润滑条件得到 改善，避免应力集中。 • （6）提高加工质量：如提高表面粗 糙度，提高装配质量等。 • 4、汽车零件的磨损规律 • 零件的磨损可分为三个阶段： • （1）第一阶段：磨合期。 • （2）第二阶段：正常工作期。 • （3）第三阶段：极限磨合期。
• 2、汽车零件的磨损 • （1）概念：零件摩擦表面的金属 在相对运动过程中不断损失的现象。 • （2）分类 • 1）磨料磨损：摩擦表面间存在的 硬质颗粒引起的磨损，称为磨料磨 损。 • 磨料磨损机理： • ①以微量切削为主的假说
• 这种假说认为磨损是由于磨料从金 属表面上切下微量切屑造成的，对 于塑性材料，将在表面发生两个过 程：a.塑性挤压，形成擦痕； b.切 割金属，形成磨屑。 • ②以疲劳破坏为主的假说 • 这种假说认为金属同磨料摩擦时， 金属的同一显微体经多次塑性变形， 使金属产生疲劳破坏，小颗料从表 层脱落下来。
• 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。
• 影响因素： • ①零件表面的硬度。 • ②磨料的硬度。 • ③磨料的粒度。 • ④磨料在摩擦表面间经过的距离和 速度。 • ⑤磨料与金属表面间的相互作用力。
3、汽车的工作能力与汽车故障 （1）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。 （2）汽车故障：指汽车部分或完全丧失工 作能力的现象。 4、汽车技术状况变化的外观症状 1）汽车动力性变差。接近大修里程的汽车 ，其加速时间将增加25%~35%，动力将 下降25%以上（有效功率和有效转矩低 于原设计规定的75%）。
（2）汽车不良技术状况：汽车不符合技 术文件规定的任一要求的状况。处于不良 技术状况的汽车，可能是主要使用性能指 标不符合技术文件的规定，不能完全发挥 汽车应有的功能；也可能是主要使用性能 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的参数值不符合技术 文件的规定，而又不致影响汽车完全发挥 自身的功能。
（2）分类 1）按运动状态分 ①静摩擦：处于静止状态时产生的摩擦。 ②动摩擦：处于运动状态时产生的摩擦。 2）按运动方式分： ①滑动摩擦：一个物体在另一物体表面滑 动时产生的摩擦。 ②滚动摩擦：一个物体在另一物体表面滚 动时产生的摩擦。
• 3）按润滑情况分： • ①固体摩擦（干摩擦）：两摩擦表 面直接接触（即无任何润滑介质隔 开）时所产生的摩擦。 • 摩擦定律：F=f· w • F-滑动摩擦力 f-摩擦系（f=0.2～ 0.9） W-法向载荷 • ②流体摩擦：两摩擦表面被润滑油 完全隔开时产生的摩擦。 • dv • dy -剪切力μ-润滑油的粘度系数 • dv-相对擦：两摩擦表面被一层极 薄的边界膜隔开时产生的摩擦。 • F=f· （f=0.05～0.2） w • 边界摩擦的摩擦系数在固体摩擦和 流体摩擦之间。
• ④混合摩擦：由以上三种摩擦混合而成 的摩擦。 • a.流体摩擦。 • b.半流体摩擦。 • c.边界摩擦。 • d.半固体摩擦。 • e.固体摩擦（干摩擦）。
• c.工作温度和润滑油粘度的影响 • 气缸上部第一道活塞环处润滑条件 较差，磨损也较强烈。 • 气缸上部是速度转换位置。 • 气缸上部温度高。 • 活塞环往上刮油位置达不到气缸上 部。
• d.腐蚀的影响：发动机气缸承受着 燃烧产物中含有机酸等腐蚀性物质 的作用，这些物质有时直接与缸壁 起化学作用，造成化学腐蚀，有时 溶于水形成酸类，造成电化学腐蚀。 腐蚀强度与温度有关。 • 在温度低于tK的第一区域内为电化学 腐蚀，腐蚀强度很高，温度高于tK时 主要是化学腐蚀，随着温度的升高 腐蚀加剧。
二、汽车失效规律 1、汽车技术状况变化的类型 （1）渐进性：其变化过程可用一个或 几个时间t确定的函数来描述过程各 参数的相互依赖关系。 （2）突发性：汽车技术状况的随机过 程，受汽车的使用条件、操作水平、 零件材质的不均匀性及隐伤等随机 因素的影响，没有确定的变化形式， 技术状况参数的变化率和变化的特 性没有必然的规律。
• ③综合分析 • 高度方向的磨损原因： • 磨料 压力 润滑 腐蚀 • 上部多 上部大 上部坏 上部重 • 下部少 下部小 下部好 下部轻 • 直径方向的磨损原因： • a.磨料：对着进气门位置的磨料多， 磨损就大。 • b.润滑：对着进气门位置受汽油冲 刷、润滑条件差，磨损大。 • c.腐蚀：对着进气门位置温度低、 腐蚀就大，磨损也大。
• 相互粘接在一起，又在相对运动中 被撕裂，严重时造成相对运动停止 （由于局部压力大、温度升高、产 生熔化而引起的）。 • 影响因素： • ①摩擦副的材料特性的影响：脆性 材料比塑性材料的抗粘性能好；摩 擦副的材质一般不能一样，实在要 一样时，硬度不能一样，否则容易 产生冷粘着。
• ②润滑油的影响：要保证足够的润滑 油，并保证润滑油的粘度和工作温度； 在润滑油中加润滑剂，使配合零件表 面不发生干摩擦。 • ③零件表面性质：表面化学处理形成 表面膜，减小磨损；表面光滑程度越 高，磨损量越小。 • ④运动速度和负荷的影响。运动速度 越高，摩擦热产生越多，负荷越大， 摩擦力越大，越易产生粘着磨损。