3-1汽车及零件故障

第三章汽汽车维修修业务知识识第一节汽汽车及零零件故障一、汽车故故障类型二、汽车零零部件失效效模式一、汽车故故障类型汽车故障汽车故障是是指汽车部部分或完全全丧失工作作能力的现现象。只要汽车的的工作能力力遭到破坏坏，汽车就就处于故障障状态。如如汽车的油油耗或排放放超出了技技术文件的的规定，汽汽车虽然仍仍可继续行行使，但它它是处于故故障状态的的。汽车技术状状况变化的的外观特征征1）汽车动动力性变差差。（功率率、加速时时间）2）汽车燃燃料消耗量量和润滑油油消耗量显显著增加。。3）汽车制制动性能变变差。4）汽车操操纵稳定性性能变差。。5）汽车排排放和噪声声超限。6）汽车在在行使中出出现异响和和异常振动动，存在着着引起交通通事故或机机械事故的的隐患。7）汽车的的可靠性变变差，使汽汽车因故障障停驶的时时间增加。。汽车失效效的原因因⑴设计制制造：设计不合合理、制制造工艺艺不当、、材料选选择不当当、加工工及配合合精度不不够等；；（案例：：巴盟噔噔口农用用车转向向节指轴轴断裂））⑵使用与与维修：超载、超超速、润润滑效果果不良、、滤清效效果不好好、违反反操作规规程等；；零件清清洁度不不够、装装配不良良、零件件修复工工艺不当当等。⑶工作条条件：1）道路路条件的的影响路面的平平整度；；2）运行行条件的的影响交通流量量；3）运输输条件的的影响作业性质质；4）气候候条件的的影响环境温度度、湿度度和风速速。⑷零件耗耗损：磨损、变变形、疲疲劳断裂裂、腐蚀蚀、老化化。故障模式式故障模式式是指由由失效机机理显示示出来的的各种失失效现象象和失效效状态。。常见各各种模式式有：损坏型退化型松脱型失调型堵塞与渗渗漏型功能失效效型汽车故障障类型早期故障障型偶然故障障型耗损故障障型二、汽车车零部件件失效模模式1、失效效汽车零部部件失去去原设计计规定的的功能成成为失效效。失效不仅仅是指完完全丧失失原定功功能，而而且还包包含功能能降低和和有严重重损伤或或隐患，，继续使使用会失失去可靠靠性和安安全性的的零部件件。汽车零部部件失效效模式2、失效效类型和和机理失效模式式是指失效效件的宏宏观特征征。失效机理理导致零部部件失效效的物理理、化学学或机械械的变化化原因。。二、汽车车零部件件失效模模式2、汽车车零部件件失效类类型⑴磨损：磨料磨磨损、粘粘着磨损损、疲劳劳磨损、、腐蚀蚀磨损、、微动磨磨损；⑵变形：：弹性变形形和塑性性变形；；⑶疲劳断断裂：高应力低低周疲劳劳、低应应力高周周疲劳、、腐蚀疲疲劳、热热疲劳劳；⑷腐蚀：：化学腐蚀蚀、电化化学腐蚀蚀⑸老化：：龟裂3、汽车车零件磨磨损1.汽车车零件磨磨损的概概念汽车零件件的磨损损是指零零件工作作表面的的物质由由于相对对运动而而不断耗耗损的现现象。磨损是伴伴随摩擦擦而产生生的必然然结果，，磨损的的发生将将造成零零件形状状、尺寸寸及表面面性质的的变化，，使零件件的工作作性能逐逐渐降低低；磨损是个个十分复复杂的现现象，它它与零件件的材材料、形形状、硬硬度、表表面加工工质量、、受力状状况、工工作条件件（载荷荷、温度度、相对对运动速速度、润润滑条件件）等有有关；磨损失效效是影响响汽车零零件可靠靠性的主主要因素素，汽车车上大约约有75﹪的零零件是由由于磨损损而报废废的。二、汽车零部部件失效模式式汽车零件磨损损的分类按照零件的表表面破坏机理理和特征可将将汽车零件的的磨损分为:磨料磨损粘着磨损表面疲劳磨损损腐蚀磨损微动磨损各类磨损的内内容及特点如如下表。3.汽车零件件磨损失效分分析⑴磨料磨损1）磨料磨损损的概念物物体表面面与硬质颗粒粒或硬质凸出出物（包括硬硬金属）相互互摩擦引起表表面材料损失失的现象称为为磨料磨损。。磨科磨损是最最常见的，同同时也是危害害最为严重的的磨损形式。。在各类磨损损形式中，它它大约占磨损损总消耗的50％。2）磨料磨损损的失效机理理磨料磨损机理理是属于磨料料的机械作用用，这种机械械作用在很大大程度上与磨磨料的性质、、形状、尺寸寸大小以及载载荷作用下磨磨料与被磨表表面的机械性性能有关。②创造良好的的润滑条件。。3）减轻磨料料磨损的措施施对于汽车零件件来说，磨料料磨损的发生生一般处于两两种情况：粗糙的硬表面面将软的摩擦擦副表面划伤伤；由于汽车工作作环境所带来来的磨料以及及摩擦表面脱脱落并在摩擦擦中被强化了了的颗粒所产产生的作用。。因此，减轻磨磨料磨损的具具体措施有：：①汽车零件在在设计上应选选择合适的耐耐磨材料；在在制造过程中中，应尽量提提高零件的表表面加工质量量与硬度。3）减轻磨料料磨损的措施施③在使用与维维修中，应设设法防止外界界磨料进入各各总成内部，，并进行良好好的维护。避免汽车在含含尘率大的土土路上列队行行驶；防止燃油、润润滑油在存储储和运输中混混入杂质；改善“三滤””的滤清质量量；密封曲轴箱、、变速器壳体体、驱动桥壳壳体、进气管管接头等；加强总成装配配前的清洁工工作。（2）粘着磨磨损1）粘着磨损损的概念摩擦副相对运运动时，由于于固相焊合作作用的结果，，造成接触面面金属耗损的的现象，称为为粘着磨损。。粘着磨损是缺缺油或油膜被被破坏后（大大负荷、高温温等），发生生干摩擦的结结果。严重时时会使摩擦副副咬死，如““抱轴”。防止或减小粘粘着磨损的措措施①设法减小粘着着磨损系数。。选用不同金属属或互溶性小小的金属组成成摩擦副；选用金属与非非金属材料组组成摩擦副；；合适的表面粗粗糙度；创造良好的润润滑条件。②汽车在使用过过程中应避免免长时间超载载运行。③零件制造时应应尽可能提高高配合副表面面硬度。防止或减小粘粘着磨损的措措施④防止热磨损的的发生。设法减少摩擦擦区域形成的的热量，使摩摩擦区域的温温度低于金属热稳定性性的临界温度度和润滑油热稳定定性的临界温温度：在设计上，采采取摩擦区域域强制冷却的的结构；在维修中，注注意摩擦副的的配合间隙；；走合期要低速速轻载；采用合适的润润滑剂和表面面化学处理形形成表面膜。。（磷化、镀铜铜）设法提高金属属热稳定性和和润滑油热稳稳定性，选用用热稳定性高高的合金钢并并进行正确的的热处理。⑶疲劳磨损1）疲劳磨损损的概念两接触表面在在交变接触压压应力的作用用下，材料表面因疲劳而而产生物质损损失的现象。。汽车上较易出出现该类磨损损的配合副通通常有：齿轮副、凸轮副副、滚动轴承承以及巴氏合合金轴承表面面材料的疲劳剥落落等。这些摩摩擦副共同的的工作特点是是：摩擦表面的相相对运动形式式为滚动或滚动+滑动。。材料：零件材材料中含有非非金属杂质，，特别是脆性性夹杂物（如如氧化铝、硅硅酸盐、氮化化物等）时，，零件表面易易产生疲劳裂裂纹。3）影响表面面疲劳磨损的的因素表面疲劳磨损损与零件的材料、热处理的金相相组织、表面粗糙度、接触精度以及润滑状况等有关。强度与硬度：：零件材料的抗抗断裂强度愈愈大、硬度愈愈高，其抗疲疲劳磨损能力愈愈强。强化层厚度：零件的强化化层厚度要合合理，使最大大剪应力发生生在强化层内（0.393B），可提高高抗疲劳磨损损能力。表面粗糙度愈小、接触精度愈高，其抗疲疲劳磨损能力力愈强。润滑油粘度较高时，由于于接触面压应应力近乎均匀匀，同时油液液不易渗入裂纹纹，从而提高高了零件表面面抗疲劳磨损损能力。⑷腐蚀磨损1）腐蚀磨损损的概念零件表面在摩摩擦过程中，，表面金属与与周围介质发发生化学或电电化学反应，，而出现物质质损失的现象象称为腐蚀磨磨损。腐蚀磨损是腐腐蚀和摩擦共共同作用的结结果；其表现现的状态与介介质的性质、、介质作用在在摩擦表面上上的状态以及及摩擦材料的的性能有关。。2）腐蚀磨损损的类型腐蚀磨损通常常分为氧化磨损、特殊介质腐蚀蚀磨损、气蚀及氢致磨损。发动机气缸壁壁是发生特殊殊介质腐蚀磨磨损的典型。。发动机气缸内内的燃烧产物物中含有碳、、硫和氯的氧氧化物、水蒸蒸汽和有机酸酸等腐蚀性物物质，可直接接与缸壁起化化学作用，也也可溶于水形形成酸类腐蚀蚀缸壁，其腐腐蚀强度与温温度有关。⑸微动磨损1）微动磨损损的概念微动磨损是在在两相互压紧紧的金属零件件表面发生微微幅相对振动动时所产生的的一种特殊磨磨损形式。微动磨损是一一种复合形式式的磨损。是是粘着磨损、、氧化磨损、、磨料磨损三三种磨损形式式的组合。微微小振动和氧氧化作用是促促使微动磨损损的主要因素素。4、汽车零件件的疲劳断裂裂零件在交变应应力作用下，，经过较长时时间工作而发发生的断裂现现象称为疲劳劳断裂。疲劳断裂是汽汽车零部件中中常见的失效效方式之一，，也是危害性性最大的一种种失效方式。。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下，金属零件件表面产生不不均匀滑移、、金属内的非金属夹夹杂物和应力力集中（如台台阶、尖角、、键槽等）均可能是产生生疲劳裂纹核核心的策源地地。2.疲劳断裂裂失效机理金属零件疲劳劳断裂实质上上是一个累积积损伤过程。。大体上可划划分为滑移、裂纹成核、微观裂纹扩展展、宏观裂纹扩展展、最终断裂几个过程。⑴疲劳裂纹的的萌生3.疲劳裂纹纹断口宏观形形貌特征典型的宏观疲疲劳断口可分分为三个区域域：疲劳源（（疲劳核心））、疲劳裂纹纹扩展区、最最后断裂区（（瞬时断裂区区）。⑴疲劳源疲劳源是疲劳劳破坏的起始始点，一般位位于零件表面面的应力集中中处或有划痕痕、非金属夹夹渣等表面缺缺陷处；如果果材料的内部部有缺陷或表表面经过强化化，疲劳源也也可能产生在在表面以下的的薄弱环节处处。案例：赤峰平西煤煤矿.斯太尔尔自卸车液压压缸支撑座断断裂。疲劳源区的的断面具有相相当光滑和细细“晶粒”的的表面结构；；由于疲劳裂纹纹扩展缓慢以以及裂纹反复复张开与闭合合效应而磨磨损严重引起起的。疲劳断口上上的疲劳源数数目有时会有有多个，尤其其是过负荷疲疲劳时。疲劳劳线密度越大大，表示疲劳劳源起源的时时间越早。⑵疲劳裂纹扩扩展区疲劳裂纹扩展展区是疲劳断断口最重要的的待征区域。。具有一系列列以疲劳源为为中心，与裂裂纹方向相垂垂直的同心环环纹，即疲劳劳线。疲劳线是裂纹纹扩展过程中中载荷的性质质和大小变化化的痕迹。由由于零件的有有效承载截面面随着裂纹的的不断扩展而而减小，使每每次循环应力力裂纹扩展的的逐渐加大，，越是远离疲疲劳源的疲劳劳线的间距越越大。疲劳劳裂纹纹扩展展区比比较光光亮、、平整整。这是由由于疲疲劳断断口在在交变变载载荷的的作用用下反反复挤挤压、、研研磨磨的结结果。。展，即具有有足够够的断断裂韧韧性。。有些些金属属零件件在交交变应应力的的作用用下发发生断断裂失失效，，宏观观断口口观察察不到到疲劳劳线，，这是是由于于断口口表面面多次次反复复压缩缩而摩摩擦，，使该该区变变得很很光滑滑，呈呈细晶晶状。。裂纹扩扩展区区对衡衡量材材料的的性能能很重重要。。这个个区域域大，，表示示材料料的临临界裂裂纹尺尺寸大大(在在其它它条件件基本本相似似的情情况下下)，，能较较好地地抵抗抗裂纹纹的扩扩⑶最后后断裂裂区（（瞬间间断裂裂区））最后断断裂区区是当当疲劳劳裂纹纹扩展展到临临界尺尺寸时时，剩剩余截截面上上的真真实应应力超超过材材料强强度，，零件件发生生瞬时时断裂裂的区区域。。脆性材材料的的断口口呈租租糙的的“晶晶粒””状结结构或或呈放放射线线；塑性材材料的的断口口具有有纤维维状结结构，，在零零件表表面有有剪切切唇。。若在在某一一过负负荷下下工作作周次次未达达到过过负荷荷损害界界上所所对应应的周周次，，就将将交变变应力力降至至疲劳劳极限限以下下工作作，则则不会会影响响零件件的疲疲劳寿寿命。。结论：：汽车车零件件在短短时间间内有有限度度的超超负荷荷工作作是允允许的的，不不会影影响其其疲劳劳寿命命的。。⑵过负负荷损损害若在在某一一过负负荷下下工作作周次次进入入过负荷荷损害害区，，必将将引起起零件件疲劳劳寿命命的缩缩短；；影响汽汽车零零件疲疲劳强强度的的因素素结构设设计、、生产产工艺艺、使使用维维修⑴应力力集中中应力集集中对对汽车车零件件的疲疲劳寿寿命影影响很很大，，而且且在各各种因因素中中起主主要作作用；；大量量疲劳劳断裂裂的疲疲劳源源往往往出现现在零零件的的应力集集中处。零件截截面尺尺寸的的急剧剧变化化，会会引起起应力力集中中且远远大于于平均均值。。应力力集中中的数数值一一旦大大于零零件材材料的的疲劳劳极限限，在在交变变应力力的反反复作作用下下，就就可能能产生生原始始疲劳劳裂纹纹。例如：：曲曲轴轴轴轴颈颈的的过过渡渡圆圆角角处处；；半半轴轴的的花花键键、、突突缘缘与与轴轴杆杆的的过过渡渡处处；；各各种种零零件件的的键键槽槽、、销销孔孔、、螺螺纹纹及及螺螺纹纹孔孔等等处处。。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表表面面机机械械加加工工及及其其质质量量表表面面损损伤伤（（刀刀痕痕、、打打记记号号））可可以以做做为为表表面面缺缺口口来来看看待待，，使使零零件件的的疲疲劳劳极极限限下下降降；；表表面面粗粗糙糙度度越越小小，，零零件件的的疲疲劳劳极极限限越越高高，，且且材材料料强强度度越越高高时时，，表表面面加加工工质质量量对对其其疲疲劳劳极极限限的的影影响响越越大大。。因因此此，，在交交变变载载荷荷作作用用下下的的高高强强度度零零件件，，其其表表面面必必须须仔仔细细加加工工。。表表面面强强化化，，可可提提高高零零件件的的疲疲劳劳极极限限。。⑶修修理理作作业业由于汽车车修理企企业在采采用修理理尺寸法法修复旧旧件时，，多属单单件加工工，且设设备条件件差，工工艺上也也往往不不严格，，因而零零件加工工修理的的表面质质量常常常达不到到要求。。提高汽车车零件抗抗疲劳断断裂能力力的方法法为了防止止汽车零零件产生生疲劳失失效，在在汽车使使用与维维修方面面可采取取以下主主要措施施。⑴严格执执行走合合期制度度，搞好好次负荷荷锻炼汽车零件件在低于于或接近近疲劳极极限的较较小负荷荷下运转转一定周周次后，，可使其其疲劳抗抗力提高高，此现现象为次次负荷锻锻炼。总成装配配后的磨磨合以及及新车、、大修车车使用初初期的走走合，对对改善零零件摩擦擦表面的的形状及及性能是是必不可可少的。。而磨合合及走合合的减速速、减载载，对可可能发生生疲劳失失效的零零件来说说，同时时也是进进行次负负荷锻炼炼。因因此，正确地进进行磨合合及走合合，不仅仅可以提提高汽车车零件的的磨损寿寿命，而而且也是是提高疲疲劳寿命命的有效效途径。。⑵避免超超载、超超速使用用，防止止过负荷荷损害。虽然零件件材料有有一定的的抗过负负荷损害害能力，，但长期期严重超超载运行行，容易易进入过过负荷损损害区，，引起疲疲劳寿命命的降低低。⑶延缓疲疲劳裂纹纹萌生时时间。表面强强化处理理表面热处处理：某某些表面面热处理理的方法法，由于于在改变变零件表表层组织织、成分分和性能能强化的的同时，，还产生生有利的的残余应应力，可可以提高高零件的的疲劳抗抗力。如如：曲轴轴颈颈经氮化化处理后后，不仅仅使轴颈颈具有极极高的耐耐磨性，，而且还还可使曲曲轴的疲疲劳强度度提高30％~40％％。冷变形强强化处理理（表面面喷丸、、挤压、、滚压等等）：使使零件表表层产生生有利的的残余应应力，可可部分抵抵消工作作拉应力力；另外外还可降降低零件件表面粗粗糙度，，减轻了了应力集集中现象象，从而而提高零零件的疲疲劳寿命命。止裂孔孔法。扩孔消消除法。。刮磨修修理法。。局部增增加有效效截面。。⑷降低疲疲劳裂纹纹扩展速速率5、汽车车零件的的变形零件在使使用过程程中，由由于承载载或内部部应力的的作用，，使零件件的尺寸寸和形状状改变的的现象称称为零件件的变形形。零件变形形失效的的原因⑴残余余应力汽车上重重要的的壳体零零件如气气缸体、、变速器器壳体等等都是铸铸件，铸铸件在生生产过程程中由于于种种原原因会在在其内部部产生残余应力力。热应力力：铸件在冷冷却过程程中，由由于各部部分冷却却速度不不同同，便便会造成成同一时时刻各部部分收缩缩量不同同，使铸铸件内部部相互制制约，结结果产生生应力。。相变应应力：具有固态态相变的的合金铸件各部部分在冷冷却过程程中由于于散热条条件不同同，它们们到达相变温度度的时间间也不不同，各部分相变的程程度也不不同所引引起的应应力。残余应力力能使铸铸件自发发地变形形而减小小内应力力，趋于于稳定状状态。显显然，只只有受拉拉应力的的部分被被拉长或或受压应应力的部部分被缩缩短时，，才能使使铸件中中的残余余应力减减小。6、汽车车零件的的腐蚀零件受周周围介质质作用而而引起的的损坏称称为零件件的腐蚀蚀。按腐蚀机机理可分分为化学学腐蚀和和电化学学腐蚀，，汽车上上约20％的零零件因腐腐蚀面失失效。1.化学学腐蚀⑴概念金属零件件与介质质直接发发生化学学作用而而引起的的损伤称称为化学学府蚀。。金属在干干燥空气气中的氧氧化以及及金属在在不导电电介质中中的腐蚀蚀等均属属于化学学腐蚀。。⑵失效机机理化学府蚀蚀过程中中没有电电流产生生，通常常在金属属表面上上形成一一层腐蚀蚀产物膜膜，如铁铁在干燥燥空气中中与空气气中的氧氧作用：：铝合金零零件表面面形成的的氧化铝膜膜；发动机活活塞环镀镀铬后，，因铬和和铬的氧氧化物硬硬度高，，氧化铬膜不易易磨掉，，从而大大大提高高了其耐耐腐蚀磨磨损的性性能。这层氧化化膜的性性质决定定化学腐腐蚀速度度：如果氧化化膜疏散散的、不不完整的的，强度度、塑性性都较差差，膨胀系数和和基体金金属相差差较大，，则氧化化膜很容容易从基基体金属上脱落落，而基基体金属属就会很很快被氧氧化，从从而使金金属的腐蚀速度度加快；；如果氧化化膜是完完整的，，强度、、塑性都都很好，，膨胀系系数和金属相近近，膜与与金属的的粘着力力强，它它就有保保护金属属、减缓腐蚀的的作用。。如：7、汽车车零部件件失效分分析方法法汽车零部部件失效效分析，，是研究究汽车零零部件丧丧失其功功能的原原因、特特征和规规律；目的在于于：分析析原因，，找出责责任，提提出改进进和预防防措施，，提高汽汽车可靠靠性和使使用寿命命。2相关性分分析的思思路及方方法一般用于于具体零零、部件件及不太太复杂的的设备系系统的失失效分析析中。1.按照照失效模模式分析析2.按按检验项项目分析析3.系系统工程程分析法法1．按照照失效件件制造的的全过程程及使用用条件的的分析方方法（1）审查设计计如对使用用条件估估计不足足进行的的设计，，标准选选用不当当，设计计判据不不足，高高应力区区有缺口口，截面面变化太太陡，缺缺口或凹凹倒角半半径过小小及表面面加工质质量要求求过低等等均可能能是致断断因素。。（2）材料分析析材料选用用不正确确，热处处理制度度不合理理，材料料成分不不合格，，夹杂物物超级，，显微组组织不符符合要求求，材料料各向异异性严重重，冶金金缺陷等等。（3）加工制造造缺陷分分析铸、锻、、焊、热热处理缺缺陷，冷冷加工缺缺陷，酸酸铣、电电镀缺陷陷，碰伤伤，工序序间锈蚀蚀严重，，装配不不当，异异物混入入及漏检检等。（4））使用及及维护护情况况分析析超载、、超温温、超超速，，启动动、停停车频频繁或或过于于突然然，润润滑制制度不不正确确，润润滑剂剂不合合格，，冷却却介质质中混混有硬硬质点点，未未按时时维修修保养养，意意外灾灾害预预防措措施不不完善善等。。2.根根据据产品品的失失效形形式及及失效效模式式分析析的思思路及及方法法较为常常用的的分析析方法法。一一个具具体的的零件件失效效后，，根据据其表表现形形式（（过量量变形形、表表面损损伤和和断裂裂）进进一步步分析析失效效模式式，然然后分分析导导致这这种失失效模模式的的内部部因素素和外外部因因素，，最后后找出出失效效的原原因。。3、失失效系系统工工程分分析法法失效系系统工工程是是把复复杂的的设备备或系系统和和人的的因素素当作作一个个统一一体，，运用用数学学方法法和计计算机机等现现代化化工具具，来来研究究设备备或系系统失失效的的原因因与结结果之之间的的逻辑辑联系系，并并计算算出设设备或或系统统失效效与部部件之之间的的定量量关系系。失效系系统工工程分分析法法主要要类型型：（1））故障障树分分析法法（简简称FTA法））（2））特征征—因因素图图分析析法（3））事件件时序序树分分析法法（简简称ETA法法）（4））故障障率预预测法法（5））失效效模式式及后后果分分析法法（简简称FMEA法法）（6））模糊糊数学学分析析法失效分分析的的一般般程序序机械零零件失失效的的情况况是千千变万万化的的，分分析的的目的的和要要求也也不尽尽相同同，因因而很很难规规度一一个统统一的的分析析程序序。一一般说说来，，大体体上包包括：：调查失失效事事件的的现场场，收集背背景材材料，，深入研研究分分析，，综合归归纳所所有信信息并并提出出初步步结论论，重现性性试验验或证证明试试验，，确定失失效原原因并并提出出建议议措施施，写出分分析报报告等等内容容。失效分分析的的步骤骤l、现现场调调查（1））保护护现场场（2））查明明事故故发生生的时时间、、地点点及失失效过过程（3））收集集残骸骸碎片片，标标出相相对位位置，，保护护好断断口。。（4））选取取进一一步分分析的的试样样，。。（5