汽车失效理论

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。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。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：

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。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。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

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。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。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。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。⑴磨损：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损；⑸老化：龟裂、变硬。一、汽车零部件失效类型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；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。

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。⑶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。

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=10-10m

）、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。

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。⑷混合摩擦

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。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。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。①以微量切削为主的假说

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。该假说人为：

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擦痕，小部分磨料即棱面将切削金属形成切屑。

滚动接触疲劳破坏产生的微粒多呈球形。②以疲劳破坏为主的假说

压痕两侧金属已经受到破坏，其它磨料很容易使其脱落。

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。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；

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。

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。

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。3）磨料磨损的特点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。②创造良好的润滑条件。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。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”。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、接触应力大当接触应力超过材料的屈服极限时微凸体塑性变形→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”。3）粘着磨损的特点磨损量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置有关：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。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；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。4）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。4）防止或减小粘着磨损的措施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。⑶疲劳磨损2）疲劳磨损的失效机理

表面疲劳磨损是疲劳和摩擦共同作用的结果，其失效过程可分为两个阶段：首先是疲劳核心裂纹的形成，然后是疲劳裂纹的发展，直至材料微粒的脱落。对于表面疲劳磨损初始裂纹的形成有以下三种理论。

最大剪应力理论

油楔理论

过渡区理论

在纯滚动状态下，由于接触表面弹性变形的结果，最大压应力发生在表面上，而最大剪应力发生在表面以下0.393B处，即次表层内。

最大剪应力理论——裂纹起源次表层在载荷的反复作用下，裂纹首先在此附近发生，并沿最大剪应力方向扩展到表面，形成磨损微粒脱落。（磨屑形状多为扇形，在摩擦表面上留下各种形状的“痘斑”状点坑）。

裂纹的产生一般都是由于在剪应力作用下，因塑性变形而引起的，如图所示。

若摩擦表面的相对运动为“滚动+滑动”时，则表面以下的剪应力分布应为纯滚动与纯滑动剪应力分布的复合状态，即最大剪应力的位置随着滑动分量的增加向表层移动，则破坏位置也随之向表层移动。

最大剪应力理论——裂纹起源次表层

有时，真实零件表层中的原始裂纹不一定在最大剪应力区产生，而可能发生于表面以下的有杂质、孔隙、微观裂纹或其他内部缺陷等薄弱环节处。

在滚动+滑动的接触过程中：外载荷、表层应力、摩擦力→表层塑性变形→表面硬化→初始裂纹→沿与表层小于45°夹角扩展→油楔作用→扩展→脱落。在接触表面留下深浅不同的麻点剥落坑，其深度一般为0.1-0.2mm.

油楔理论——裂纹起源于摩擦表面

表层经过强化处理的零件（渗碳、淬火等），其接触疲劳裂纹往往出现在硬化层与芯部过渡区。这是因为该区域所承受的剪切应力较大，而材料的抗剪切强度较低。实验表明，只要该处承受的剪切应力与材料的抗剪切强度之比大于0.55时，就有可能在过渡区形成初始裂纹，裂纹平行于表面扩展后，再垂直向表面发展而出现表层大块状脱落。一般地讲，当硬化层深度不合理、芯部强度过低、过渡区存在不利的残余应力时，容易在硬化层与芯部过渡区产生裂纹。

过渡区理论——裂纹起源于硬化层与芯部过渡区

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。（夹杂物与基体的交界处引起应力集中）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。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。⑷腐蚀磨损

氧化磨损

氧化磨损普遍存在于摩擦副中，其损坏特征是在金属零件的摩擦表面上沿滑动方向呈现均匀细微的磨痕（如曲轴轴颈、气缸、活塞销、齿轮啮合表面、滚珠或滚柱轴承等零件都会产生氧化磨损）。氧化磨损的磨损率在各种磨损中是最小的，且氧化膜的生成还有利于防止粘着磨损。

失效机理：由于金属材料表面与空气或润滑油中的氧相互作用，使金属表面生成单分子层氧化膜（当零件相对运动时，金属表面和周围介质之间相互作用的活性迅速增加，表面上形成氧化膜的速度更快）。如果摩擦表面微凸体上的氧化膜由于摩擦遭到破坏而脱落，那么在下一次摩擦接触前又形成新的氧化膜，这样反复进行而使零件表面产生氧化磨损。

影响氧化磨损的因素

影响氧化磨损的因素有摩擦副的滑动速度、接触载荷、氧化膜的硬度、介质中的含氧量、润滑条件以及材料性能等。在载荷不变的条件下，氧化磨损量随滑动速度变化而变化。磨损类型也在氧化磨损和粘着磨损之间相互转化。当载荷超过某一临界值时，磨损量随载荷的增大而急剧增加，其磨损类型也由氧化磨损转化为粘着磨损。介质含氧量会直接影响磨损率，金属在还原性气体、惰性气体、纯氧介质中，其磨损值都比空气中大。这是因为空气中所形成的氧化膜强度高，与基体金属结合牢固的缘故。钢铁零件表面生成的氧化膜较脆、易破裂，且与基体金属之间的结合强度低，故易产生氧化磨损。铝质零件表面生成的氧化铝有韧性，且与基体结合牢固，磨损率低。润滑油膜能起到减磨和保护作用，减缓氧化膜生成的速度。油脂与氧反应生成酸性氧化物时则会腐蚀摩擦表面。生产中有时利用危害性小的腐蚀磨损来防止危害性大的粘着磨损。如汽车后桥中采用双曲线齿轮传动，因双曲线齿轮副接触应力较大，极易产生早期粘着磨损。为此，在润滑油中加入中性极压添加剂，使油膜强度提高，宁可使其产生较低的氧化性的腐蚀磨损，而避免严重的粘着磨损出现。

特殊介质腐蚀磨损摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质作用生成各种产物，在摩擦过程中不断被磨去的现象称为特殊介质腐蚀磨损。其磨损机理与氧化磨损相似，但磨损速度较快，磨损率随介质的腐蚀性增大而变大。

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，前者称为化学腐蚀，后者称为电化学腐蚀，其腐蚀强度与温度有关。tk—一定压力下水蒸气凝结的露点。

当t＜tk时，为化学腐蚀，腐蚀强度很高；

当t＞

tk时，为电化学腐蚀，随着温度升高，腐蚀强度逐渐增高，随后又加剧；

在tk的附近，存在着一个腐蚀最小的理想区（tk—tn)。

润滑油氧化时将生成有机酸，对轴承材料中的铅、镉有很大腐蚀作用，开始时在轴承表面形成黑点，并逐渐扩展成海绵状空洞，在摩擦过程中呈小块剥落，因此要严格控制润滑油中的酸值。

气蚀（穴蚀）

气蚀的概念：气蚀是当零件与液体接触并有相对运动时，零件表面出现的一种损伤现象。

发动机湿式缸套的外壁与冷却液接触的表面、滑动轴承在最小油膜间隙之后的油膜扩散部分(由于负压的存在)，都可能产生穴蚀。

失效机理：

气蚀是由于冲击应力而造成的表面疲劳破坏。液体与零件接触的局部压力低于当时水温下水的饱和蒸汽压时，水中将产生气泡；同时溶解于水中的气体也可能析出而形成气泡。当气泡流到高压区时溃灭而产生极大的瞬间冲击力和高温。在气泡形成和溃灭的反复作用下，便可使零件的表面产生疲劳而逐渐脱落为麻点，随后成泡沫海绵状。气蚀是一种比较复杂的破坏现象，它往往不单纯是机械力所造成的破坏，液体的化学和电化学作用、液体中含有的磨料均可加剧这一破坏过程。

气蚀（穴蚀）

影响气蚀的因素（以气缸套为例）

从力学角度讲，提高缸套的结构刚度，可减小振动强度，从而减轻气蚀。

采用上厚下薄的不等厚缸套；

在缸套下部的密封胶圈上方装置减振胶圈；

增加承孔高度，减小配合间隙。

活塞对气缸的冲击力、作用面积都会影响缸套的振动强度。

合理分配活塞销上下两部分活塞重量以及活塞销偏置，可减小活塞换向时的冲击力。

适当加长活塞长度，减小活塞的倾斜度，并使其与缸套的接触面积增加，可减轻缸套的振动。

修理装配质量装配位置误差：活塞在气缸内偏斜，会使活塞对气缸产生附加载荷而增大缸套的振动；活塞—气缸的装配间隙：缸壁间隙越小，活塞横摆时引起的冲击力及由此引起的气蚀也就越小。冷却系的结构和冷却特性冷却水温度：最易产生气蚀的冷却水温度为40-60℃。因此，即使是为了减轻气蚀也应保持发动机的正常工作温度。（85-95℃）冷却水套的宽度：加宽水套，使冷却均匀，减小气泡爆破时的影响；消除局部涡流及死水区；控制水泵排量。冷却水套的洁净程度：

使用优质冷却水。冷却水中含有杂质，水易被分离而形成气泡；

冷却水中加乳化剂。含盐类和碱类的硬水，在腐蚀和穴蚀的作用下，其穴蚀的速度是清洁水的几十倍。

氢致磨损含氢的材料，在摩擦过程中由于力学和化学作用而导致氢的析出，氢扩散到金属表面的变形层中，使变形层内出现大量的裂纹源，裂纹的产生和发展，使表面材料脱落。

一类是构件原设计两接触面是静止的，微动是由于配对组件之一受交变应力或振动引起的。如联接件（花键、螺栓、销）的接合面、静配合的轴与孔的表面、金属静密封件等。在这一类中，法向载荷往往很大，所以首要问题是微动磨损会使接触处产生疲劳裂纹，降低构件的疲劳强度；其次才是因为微动磨损造成配合面的松动，而松动又有可能加速疲劳裂纹的扩展和磨损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。在工程上，微动磨损经常发生在机械零件中，通常可分为两类。

另一类是各种运动副在停止转动时，由于环境振动而产生的微动。如轴承中的滚珠（柱）与滚道之间、铰链联接、电器触点、各种柔性联轴器和传动装置等。在这一类中，主要因微动造成零件表面粗糙和磨屑聚集，使运动阻力增加或振动增大，严重时可胶合，造成运动失灵。如停止转动的滚珠（柱）轴承，由于微动可在其滚道上产生所谓的伪布氏压痕。典型实例：新车从生产厂地经火车、汽车或轮船运至用户处时，如果不采取措施，会比汽车自行行驶同样距离对轴承损坏要严重的多。2）失效机理接触压力使结合面上实际承载峰顶发生塑性变形和粘着，外界小振幅的振动将粘着点剪切脱落，脱落的磨屑和剪切面与大气中的氧反应，发生氧化磨损，产生红褐色Fe2O3的磨屑堆积在表面之间起着磨料作用，使接触表面产生磨料磨损。如果接触应力足够大，微动磨损点形成应力源，使疲劳裂纹产生并发展，导致接触表面破坏。因此，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。

材料的性能：选择适当的材料组成配合副或提高硬度，都可以减小微动磨损。一般抗粘着磨损能力强，则抗微动磨损能力也好。

载荷：滑动距离一定则微动磨损量随载荷的增加面增加，但超过一定载荷后，磨损量将随着载荷的增加而减少。因此，可通过控制预应力及过盈配合的过盈量来减缓微动磨损。3）影响微动磨损的因素3）影响微动磨损的因素

振动频率与振幅微小振幅的振动频率对钢的微动磨损没有影响；在大振幅振动的条件下，微动磨损量随振动频率的增加而降低。

润滑条件适当的润滑可有效地改善抗微动磨损的能力，因为润滑膜保护表面防止氧化。采用极压添加剂或涂抹二硫化钼都可以减少微动磨损。4.汽车零件磨损特性

汽车零件的磨损过程，即从开始工作直至最后失效，其磨损量与工作时间具有一定的规律—零件的磨损特性。遵循该磨损规律的曲线，称为磨损特性曲线，汽车零件的正常磨损可分为三个阶段。走合：新车或大修车运行初期，改善零件摩擦表面机何形状和表面物理机械性能的过程。⑴走合期（Ⅰ）

随着走合期的进展，两摩擦表面配合状况迅速改善，实际接触面积迅速增加，使真实接触点上的接触压力降低；配合间隙的增大和表面状况的改善也有利于润滑油膜的形成；此外，零件表面的金属还发生了加工硬化。伴随着以上现象的发生，零件的磨损率锐减，磨损也趋于正常。摩擦表面粗糙形位误差配合间隙小→完整的润滑油膜难以形成→接触面积小→接触压力高润滑油润滑、冷却、冲洗效果不显著→磨损率高

汽车零件经过走合期后就进入了正常工作期。由于零件已经过初期走合阶段，摩擦表面真实接触面积、表面几何形状、摩擦副配合间隙都处于理想状态，真实接触面上的压力变小，油膜强度增大，再加上表面层强化作用明显，因而磨损率最低，一般为一常数。因此，正常工作期内汽车零件的磨损量随行驶里程的增加而缓慢增加，两者呈线性关系。在此期间，对发动机的主要摩擦副而言，造成磨损的主要原因是磨料磨损和腐蚀磨损。⑵正常工作期（Ⅱ）

使用中的汽车进入改期后，由于配合间隙已达到或超过极限值，使零件表面间的冲击载荷增大，而且，由于间隙过大，使润滑油流失严重，流体润滑油膜极易遭到破坏，从而使零件的磨损量大幅度增加。汽车进入极限磨损期后，如不进行修理而继续使用，则会使汽车零件的磨损由正常磨损转换为事故性磨损，造成零件迅速损坏，汽车的技术状况急剧变坏，工作能力迅速下降。⑶极限磨损期（Ⅲ）

汽车走合期与正常工作期的使用、维修水平都将影响磨损特性曲线的走向，从而影响零件的使用寿命。4.汽车零件磨损特性1（不足）2（不佳）3（不妥）4（良好）磨损量L1L2L3L4L（t）

磨损通常是由多种磨损形式共同作用造成的，其磨损强度与零件的材料性质、加工质量以及工作条件等因素有关。⑴材料性质

正确选用摩擦副材料是提高汽车零件耐磨性的一个重要手段。由于不同材料组成的摩擦副发生的磨损形式不同，所以在汽车修理特别是旧件修复过程中，选择材料应有针对性。⑵加工质量及表面处理

零件的加工质量主要是指表面粗糙度和几何形状误差。

表面粗糙值过大，会破坏油膜的连续性，造成零件表面凸起点的相互咬合；同时，腐蚀性物质更易沉积与零件表面，使腐蚀磨损加剧。5.影响汽车零件磨损的因素

几何形状误差过大，会造成零件在工作中受力不均匀或产生附加载荷，使磨损加剧。为了提高摩擦副表面的耐磨性，在零件制造过程中，往往采用许多表面处理方法：表面淬火、渗碳、碳氮共渗、磷化、镀铬、喷钼，表面强化处理（滚压、挤压、喷丸）等。

活塞环表面镀铬、喷钼；延长活塞环使用寿命3~5倍，减少气缸磨损30﹪-40﹪。

驱动桥主减速器圆锥齿轮在热处理及精加工后，予以厚度为0.005-0.01mm的磷化或镀铜、镀锡处理，防止初期使用发生粘着、擦伤。案例：奔驰WDBNG67JX（350）发动机进水。（北京博瑞祥驰汽车销售服务中心）⑶工作条件

工作条件是指零件工作时的润滑条件、运动速度、单位压力以及工作温度等。

润滑条件减小摩擦与磨损的有效方法是在摩擦副之间建立并保持流体润滑，使两摩擦表面完全被油膜隔开。保证流体润滑的条件：

以适当的压力供给必须的润滑油；

配合副表面的几何形状、尺寸及配合间隙能适应工作载荷、相对运动速度和润滑油粘度的要求；

选择粘度适度和粘温特性好的润滑油并定期更换；在润滑油中加入油性和极压添加剂，能大幅度提高润滑油膜的吸附能力以及油膜强度。

运动速度

零件相对运动速度的提高，有利于润滑油膜的形成，使磨损减轻；

零件相对运动速度过快，使摩擦产生的热量增加并不能及时散去，会导致润滑油粘度下降，油膜变薄，承载能力降低，出现边界摩擦甚至干摩擦，加剧零件磨损。单位压力零件表面上单位压力升高，零件的磨料磨损增加。当载荷超过油膜的承载能力时，摩擦表面的油膜将被破坏，引起粘着磨损。工作温度

温度过高，使润滑油粘度下降，油膜变薄，磨损增加；

温度过低，腐蚀性介质更容易冷凝于零件表面，使腐蚀磨损增加。

气缸发生最大磨损部位（Ⅰ）：活塞行程上止点时第一道活塞环所对应的缸壁处。6.典型汽车零件摩擦副的磨损特点及其分析

气缸孔沿圆周方向的磨损呈不规则的椭圆形，即出现较大的圆度误差，其各方向的磨损量往往相差3-5倍。对于正常情况下的顶置气门发动机而言，最大磨损一般偏于进气门所在的缸壁一侧。

随着活塞下行，缸壁的磨损逐渐减小；活塞环运动区域以外的气缸上、下部的磨损量极小。⑴气缸——活塞（活塞环）1）气缸磨损的特点

正常情况下，气缸表面沿其高度方向，在活塞环运动区域内形成不均匀磨损，其特点是气缸孔呈上大下小的锥形，并出现圆度误差。

工作气体压力的影响在其他条件不变的情况下，摩擦副表面间法向载荷越大，磨损量就越大。工作气体压力对发动机气缸壁磨损的影响，是通过活塞环对缸壁的背压来实现的。由于第一道活塞环的背压最大，可达到燃烧气体压力的76﹪，以下逐到减小，而且在做功行程中，随着活塞的下行气缸容积不断增大，活塞环背压也逐渐减小。因此，在工作气体压力的作用下，气缸壁的磨损量呈上大下小。2）气缸磨损规律分析

气缸壁温度和润滑条件的影响气缸壁上部由于靠近燃烧室且暴露在高温燃气中的时间较长，因而温度较高；相反，气缸壁下部的温度较低。另外，气缸壁一般采用飞溅润滑方式，缸壁上部的润滑油供应要靠活塞环的布油作用来实现，从而使缸壁上部油膜的建立比较困难。在润滑条件较差的气缸壁上部，由于缸壁的工作温度高，使润滑油的粘度下降，油膜厚度进一步减薄；因此，气缸上部的磨损要大于下部。2）气缸磨损规律分析

进气磨料颗粒的影响发动机进气中不可避免地会有一些磨料颗粒，特别是当进气系统的空气滤清器失效时，大量的道路灰尘将进入气缸。进入气缸的磨料颗粒首先以较高的浓度与上部缸壁接触，然后才因活塞的下行与缸壁下部接触；因而，进气磨料所带来的影响是使气缸的磨料磨损在缸壁的上部大于下部。2）气缸磨损规律分析

腐蚀性产物的影响燃料燃烧时会产生SO2等腐蚀性产物，这类物质可在缸壁上造成腐蚀磨损；尤其是在某些工况下，气缸中可能出现水蒸气凝结。虽然缸壁上的油膜对中性水有很强的防护能力，但溶解有腐蚀性产物SO2等的水可立刻侵蚀油膜，引起严重的金属腐蚀。由于气缸壁上部的油膜较薄，容易被酸性水侵蚀，而且上部缸壁与腐蚀性介质的接触时间较长，所以，气缸壁上部的腐蚀性磨损强度高于气缸壁下部。2）气缸磨损规律分析

摩擦副运动速度的影响当摩擦副相对运动的速度很低时，流体润滑的油膜不易形成，仅能维持边界摩擦。活塞运动到上、下止点时，在换向时刻与气缸的相对运动速度为零，在上止点处必然发生边界摩擦，因而磨损较大；而在下止点时，因原有的油膜较厚，虽不易出现边界摩擦，但磨损仍比附近区域稍大。2）气缸磨损规律分析

气缸的异常磨损——“腰鼓形”磨料磨损的磨损率与摩擦副相对运动的速度成正比，而活塞在气缸中部的运动速度最快。如果油底壳中的润滑油含有过多的磨料颗粒，该颗粒所能达到的高度会出现较大的磨损，即气缸中部磨损较大。能源与动力工程学院交通运输系3）针对气缸的磨损规律，在使用与维修中应注意的问题

严格执行走合期的各项规定，防止早期不正常磨损。（里程、速度、载荷、驾驶操作、日常维护、走保等）正确使用车辆

禁止汽车长时间超载、超速行驶。否则，将造成各摩擦副尤其是气缸——活塞摩擦副磨损加剧。

日常使用中，主要保持发动机的工作温度应保持在规定的范围内（85-95℃），以降低气缸腐蚀磨损的程度。

冷车起动时，应遵循操作规程，缓慢起动，以便为因停车流失而缺油的摩擦副表面提供足够的润滑油。

尽量避免低速大负荷或猛加油工况（破坏油膜），应平稳换挡，平稳行驶。

在坏路、土路条件下行驶勿跟随前车过近，以防进气系统吸入过多灰尘。

在特殊条件下（如低温、高温等），应采取具体措施，以防止摩擦副磨损加剧。适时地强制维护

加强对发动机“三虑”系统的强制维护，按规定定期清理或维护。

按规定定期更换机油，换油周期为二级维护周期，更应提倡按质更换。（磨料颗粒、高温氧化、燃料稀释）

根据汽车使用地区、气候条件和发动机的负荷、温度和磨损状况等选择合适的机油品种。严格控制修理质量

气缸孔加工完毕后，其表面粗糙度、圆度和圆柱度误差都应符合要求。

连杆的弯曲和扭曲误差应符合要求。

各配合件的位置误差应符合要求。如气缸轴线对曲轴轴承孔公共轴线的垂直度误差按要求应不大于100：0.03，全长上应不大于0.05mm；当该误差增加至0.10mm时，气缸的磨损量会增加30﹪-40﹪。

注意装配时零件的清洁度，并在室温下进行装配。

注意装配时各主要螺栓、螺母的拧紧力矩和顺序。⑵曲轴轴颈——轴瓦

曲轴轴颈和轴瓦也是汽车发动机中一个主要的摩擦副，由于它承受往复运动惯性力和旋转运动离心力以及连杆传递的活塞顶部气体压力的作用，因此，它的磨损是不均匀的，其大小与发动机的结构、负荷、转速以及使用、维修等因素有关系。1）磨损特点及规律

曲轴轴颈磨损后易出现较大的圆度误差。

连杆轴颈的最大磨损处往往发生在其内侧，即朝向主轴颈的一侧；

主轴颈最大磨损处往往发生在朝向连杆轴颈一侧；

连杆轴颈的磨损一般来说要大于主轴颈的磨损；

多缸发动机曲轴主轴颈由于各自的最大磨损方位不同，从而造成主轴颈的轴线间的同轴度误差加大。

连杆轴颈磨损后较易出现圆柱度误差。

润滑油中磨料颗粒的偏积现象；

连杆弯曲变形、气缸体变形。多缸发动机曲轴各轴颈的磨损程度不同。

中间主轴颈和连杆轴颈磨损较大；

两端主轴颈磨损较大。

主轴瓦下片磨损大，连杆轴瓦上片磨损大；因而，在发动机维护时，若检查主轴瓦下片无损坏，一般不需要在检查上瓦，对于连杆轴瓦则可采用上下片对调的方法，使其磨损均匀，延长寿命。2）针对曲轴轴颈-轴瓦的磨损规律，在使用与维修中应注意的问题（同气缸——活塞）磨料偏积1）磨损特点及规律

齿轮的磨损主要表现为：齿面的表面疲劳磨损以及齿面相互滑动、研磨所造成的磨损。由于传动中齿面上各处的滑动速度不同，而导致润滑油膜形成的条件也不一样。⑶齿轮副

在节圆或节锥区域基本是滚动摩擦，油膜形成困难，易发生表面疲劳磨损。在高压、高速滑摩引起局部高温的作用下，有时会在齿根附近发生粘着磨损（齿根处散热条件差）。

齿轮传动中自表面脱落的颗粒、装配中带入的杂质、未清除干净的型砂以及其他磨料都会引起磨料磨损。2）减轻齿轮磨损的措施

汽车齿轮在规定范围内的正常磨损是不可避免的，但当装配、调整、润滑或使用不当时，就会造成齿面的加速磨损。因此，在使用和维修中，为了减轻或消除齿轮的不正常磨损，应注意以下事项。齿轮箱（壳体）及其他零件的形位公差应在规定的范围内；在修理过程中，各零件应保持清洁，并保证齿轮副啮合印痕和啮合间隙的正确；走合期和正常使用期内，应按规定里程强制更换符合要求的润滑油，并在换油前彻底清洗壳体内的磨料颗粒。对于齿面工作条件苛刻的驱动桥主减速器双曲线圆弧锥齿轮来说，由于存在着发生粘着磨损的可能，所以必须使用双曲线齿轮油；汽车在使用中应防止长时间超载、超速行驶。三、汽车零件的腐蚀

零件受周围介质作用而引起的损坏称为零件的腐蚀。按腐蚀机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，汽车上约20％的零件因腐蚀面失效。1.化学腐蚀⑴概念金属零件与介质直接发生化学作用而引起的损伤称为化学府蚀。金属在干燥空气中的氧化以及金属在不导电介质中的腐蚀等均属于化学腐蚀。⑵失效机理化学府蚀过程中没有电流产生，通常在金属表面上形成一层腐蚀产物膜，如铁在干燥空气中与空气中的氧作用：

铝合金零件表面形成的氧化铝膜；

发动机活塞环镀铬后，因铬和铬的氧化物硬度高，氧化铬膜不易磨掉，从而大大提高了其耐腐蚀磨损的性能。这层氧化膜的性质决定化学腐蚀速度：

如果氧化膜疏散的、不完整的，强度、塑性都较差，膨胀系数和基体金属相差较大，则氧化膜很容易从基体金属上脱落，而基体金属就会很快被氧化，从而使金属的腐蚀速度加快；

如果氧化膜是完整的，强度、塑性都很好，膨胀系数和金属相近，膜与金属的粘着力强，它就有保护金属、减缓腐蚀的作用。如：2.电化学腐蚀⑴概念金属与介质发生电化学反应而引起损坏的现象。电化学腐蚀是两种不同的金属在一个导电溶液中形成一对电极，产生电化学反应而发生腐蚀作用，使充当阳极的金属被腐蚀。其持点是在金属不断遭到腐蚀的同时还有电流产生，如金属在酸、碱、盐溶液及潮湿空气中的腐蚀等。⑵失效机理引起电化学腐蚀的原因是金属与电解质相接触，由于离子交换，产生电流形成原电池，这种原电池，由于电流无法利用，使阳极金属受到腐蚀，称为腐蚀电池。阳极反应：阴极反应：⑶防止化学腐蚀的方法

在汽车零件中，主要采用覆盖层的方法来防止化学腐蚀。金属性覆盖层：镀铬、镀锡、镀铜等；非金属性覆盖层：表面涂漆、包覆塑料层等；用化学或电化学方法，在零件表面生成一层致密的保护膜。如：

发蓝——生成一层氧化膜；

磷化——生成一层磷化膜。

橡胶、塑料制品和电子元件等汽车用零件，随着时间的增长，原有的性能会逐渐衰退称为老化现象。