3-1汽车及零件故障

第三章汽车维修业务知识第一节汽车及零件故障•一、汽车故障类型•二、汽车零部件失效模式一、汽车故障类型•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。•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。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。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。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；（案例：巴盟噔口农用车转向节指轴断裂）•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。⑷零件耗损：磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀、老化。故障模式•故障模式是指由失效机理显示出来的各种失效现象和失效状态。常见各种模式有：•损坏型•退化型•松脱型•失调型•堵塞与渗漏型•功能失效型汽车故障类型•早期故障型•偶然故障型•耗损故障型二、汽车零部件失效模式1、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。汽车零部件失效模式2、失效类型和机理失效模式是指失效件的宏观特征。失效机理导致零部件失效的物理、化学或机械的变化原因。二、汽车零部件失效模式2、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⑸老化：龟裂3、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，磨损的发生将造成零件形状、尺寸及表面性质的变化，使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；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。二、汽车零部件失效模式•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微动磨损各类磨损的内容及特点如下表。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。②创造良好的润滑条件。3）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。3）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。（2）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”。防止或减小粘着磨损的措施①设法减小粘着磨损系数。•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；•合适的表面粗糙度；•创造良好的润滑条件。②汽车在使用过程中应避免长时间超载运行。③零件制造时应尽可能提高配合副表面硬度。防止或减小粘着磨损的措施④防止热磨损的发生。•设法减少摩擦区域形成的热量，使摩擦区域的温度低于金属热稳定性的临界温度和润滑油热稳定性的临界温度：在设计上，采取摩擦区域强制冷却的结构；在维修中，注意摩擦副的配合间隙；走合期要低速轻载；采用合适的润滑剂和表面化学处理形成表面膜。（磷化、镀铜）•设法提高金属热稳定性和润滑油热稳定性，选用热稳定性高的合金钢并进行正确的热处理。⑶疲劳磨损1）疲劳磨损的概念两接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳而产生物质损失的现象。汽车上较易出现该类磨损的配合副通常有：齿轮副、凸轮副、滚动轴承以及巴氏合金轴承表面材料的疲劳剥落等。这些摩擦副共同的工作特点是：摩擦表面的相对运动形式为滚动或滚动+滑动。材料：零件材料中含有非金属杂质，特别是脆性夹杂物（如氧化铝、硅酸盐、氮化物等）时，零件表面易产生疲劳裂纹。3）影响表面疲劳磨损的因素表面疲劳磨损与零件的材料、热处理的金相组织、表面粗糙度、接触精度以及润滑状况等有关。强度与硬度：零件材料的抗断裂强度愈大、硬度愈高，其抗疲劳磨损能力愈强。强化层厚度：零件的强化层厚度要合理，使最大剪应力发生在强化层内（0.393B），可提高抗疲劳磨损能力。表面粗糙度愈小、接触精度愈高，其抗疲劳磨损能力愈强。润滑油粘度较高时，由于接触面压应力近乎均匀，同时油液不易渗入裂纹，从而提高了零件表面抗疲劳磨损能力。⑷腐蚀磨损1）腐蚀磨损的概念零件表面在摩擦过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应，而出现物质损失的现象称为腐蚀磨损。腐蚀磨损是腐蚀和摩擦共同作用的结果；其表现的状态与介质的性质、介质作用在摩擦表面上的状态以及摩擦材料的性能有关。2）腐蚀磨损的类型腐蚀磨损通常分为氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀及氢致磨损。发动机气缸壁是发生特殊介质腐蚀磨损的典型。发动机气缸内的燃烧产物中含有碳、硫和氯的氧化物、水蒸汽和有机酸等腐蚀性物质，可直接与缸壁起化学作用，也可溶于水形成酸类腐蚀缸壁，其腐蚀强度与温度有关。⑸微动磨损1）微动磨损的概念微动磨损是在两相互压紧的金属零件表面发生微幅相对振动时所产生的一种特殊磨损形式。•微动磨损是一种复合形式的磨损。是粘着磨损、氧化磨损、磨料磨损三种磨损形式的组合。微小振动和氧化作用是促使微动磨损的主要因素。4、汽车零件的疲劳断裂•零件在交变应力作用下，经过较长时间工作而发生的断裂现象称为疲劳断裂。疲劳断裂是汽车零部件中常见的失效方式之一，也是危害性最大的一种失效方式。应力循环作用金属内部出现滑移线滑移带加宽、加深组成表面出现挤出带和挤入槽疲劳裂纹核心在交变载荷下，金属零件表面产生不均匀滑移、金属内的非金属夹杂物和应力集中（如台阶、尖角、键槽等）均可能是产生疲劳裂纹核心的策源地。2.疲劳断裂失效机理金属零件疲劳断裂实质上是一个累积损伤过程。大体上可划分为滑移、裂纹成核、微观裂纹扩展、宏观裂纹扩展、最终断裂几个过程。⑴疲劳裂纹的萌生3.疲劳裂纹断口宏观形貌特征典型的宏观疲劳断口可分为三个区域：疲劳源（疲劳核心）、疲劳裂纹扩展区、最后断裂区（瞬时断裂区）。⑴疲劳源疲劳源是疲劳破坏的起始点，一般位于零件表面的应力集中处或有划痕、非金属夹渣等表面缺陷处；如果材料的内部有缺陷或表面经过强化，疲劳源也可能产生在表面以下的薄弱环节处。案例：赤峰平西煤矿.斯太尔自卸车液压缸支撑座断裂。•疲劳源区的断面具有相当光滑和细“晶粒”的表面结构；由于疲劳裂纹扩展缓慢以及裂纹反复张开与闭合效应而磨损严重引起的。•疲劳断口上的疲劳源数目有时会有多个，尤其是过负荷疲劳时。疲劳线密度越大，表示疲劳源起源的时间越早。⑵疲劳裂纹扩展区疲劳裂纹扩展区是疲劳断口最重要的待征区域。具有一系列以疲劳源为中心，与裂纹方向相垂直的同心环纹，即疲劳线。疲劳线是裂纹扩展过程中载荷的性质和大小变化的痕迹。由于零件的有效承载截面随着裂纹的不断扩展而减小，使每次循环应力裂纹扩展的逐渐加大，越是远离疲劳源的疲劳线的间距越大。疲劳裂纹扩展区比较光亮、平整。这是由于疲劳断口在交变载荷的作用下反复挤压、研磨的结果。展，即具有足够的断裂韧性。有些金属零件在交变应力的作用下发生断裂失效，宏观断口观察不到疲劳线，这是由于断口表面多次反复压缩而摩擦，使该区变得很光滑，呈细晶状。裂纹扩展区对衡量材料的性能很重要。这个区域大，表示材料的临界裂纹尺寸大(在其它条件基本相似的情况下)，能较好地抵抗裂纹的扩•⑶最后断裂区（瞬间断裂区）最后断裂区是当疲劳裂纹扩展到临界尺寸时，剩余截面上的真实应力超过材料强度，零件发生瞬时断裂的区域。脆性材料的断口呈租糙的“晶粒”状结构或呈放射线；塑性材料的断口具有纤维状结构，在零件表面有剪切唇。若在某一过负荷下工作周次未达到过负荷损害界上所对应的周次，就将交变应力降至疲劳极限以下工作，则不会影响零件的疲劳寿命。结论：汽车零件在短时间内有限度的超负荷工作是允许的，不会影响其疲劳寿命的。⑵过负荷损害若在某一过负荷下工作周次进入过负荷损害区，必将引起零件疲劳寿命的缩短；影响汽车零件疲劳强度的因素结构设计、生产工艺、使用维修⑴应力集中应力集中对汽车零件的疲劳寿命影响很大，而且在各种因素中起主要作用；大量疲劳断裂的疲劳源往往出现在零件的应力集中处。零件截面尺寸的急剧变化，会引起应力集中且远大于平均值。应力集中的数值一旦大于零件材料的疲劳极限，在交变应力的反复作用下，就可能产生原始疲劳裂纹。例如：曲轴轴颈的过渡圆角处；半轴的花键、突缘与轴杆的过渡处；各种零件的键槽、销孔、螺纹及螺纹孔等处。CA1091汽车钢板弹簧中心孔处的应力集中情况如图所示，其峰值是名义计算应力的2.59倍。⑵表面机械加工及其质量表面损伤（刀痕、打记号）可以做为表面缺口来看待，使零件的疲劳极限下降；表面粗糙度越小，零件的疲劳极限越高，且材料强度越高时，表面加工质量对其疲劳极限的影响越大。因此，在交变载荷作用下的高强度零件，其表面必须仔细加工。表面强化，可提高零件的疲劳极限。⑶修理作业由于汽车修理企业在采用修理尺寸法修复旧件时，多属单件加工，且设备条件差，工艺上也往往不严格，因而零件加工修理的表面质量常常达不到要求。提高汽车零件抗疲劳断裂能力的方法•为了防止汽车零件产生疲劳失效，在汽车使用与维修方面可采取以下主要措施。⑴严格执行走合期制度，搞好次负荷锻炼汽车零件在低于或接近疲劳极限的较小负荷下运转一定周次后，可使其疲劳抗力提高，此现象为次负荷锻炼。总成装配后的磨合以及新车、大修车使用初期的走合，对改善零件摩擦表面的形状及性能是必不可少的。而磨合及走合的减速、减载，对可能发生疲劳失效的零件来说，同时也是进行次负荷锻炼。因此，正确地进行磨合及走合，不仅可以提高汽车零件的磨损寿命，而且也是提高疲劳寿命的有效途径。•⑵避免超载、超速使用，防止过负荷损害。•虽然零件材料有一定的抗过负荷损害能力，但长期严重超载运行，容易进入过负荷损害区，引起疲劳寿命的降低。⑶延缓疲劳裂纹萌生时间。表面强化处理表面热处理：某些表面热处理的方法，由于在改变零件表层组织、成分和性能强化的同时，还产生有利的残余应力，可以提高零件的疲劳抗力。如：曲轴轴颈经氮化处理后，不仅使轴颈具有极高的耐磨性，而且还可使曲轴的疲劳强度提高30％~40％。冷变形强化处理（表面喷丸、挤压、滚压等）：使零件表层产生有利的残余应力，可部分抵消工作拉应力；另外还可降低零件表面粗糙度，减轻了应力集中现象，