汽車零部件失效分析

周媚　陳勇

摘 要：隨著汽車的不斷普及和機(jī)械設(shè)備事故的頻發(fā)，汽車的安全性和可靠性逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。論文通過(guò)研究汽車零部件失效的類型，喪失功能的原因、特征和規(guī)律，提出相應(yīng)的改進(jìn)和預(yù)防措施，為汽車制造部門(mén)提供便于改進(jìn)制造工藝和汽車設(shè)計(jì)的反饋信息，進(jìn)而提高汽車可靠性、使用壽命和維修質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：汽車零部件；失效模式；磨損

1.汽車零部件失效的概述

1.1汽車零部件失效的概念

所謂失效是指汽車零部件失去原設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能，導(dǎo)致汽車技術(shù)狀況變差，包括完全喪失原定功能，功能降低和嚴(yán)重?fù)p傷等，如果繼續(xù)使用將會(huì)失去安全性和可靠性。因?yàn)槠嚵悴考募夹g(shù)狀況會(huì)隨著零部件的使用過(guò)程逐漸發(fā)生變化，因此通過(guò)分析汽車零部件的性能惡化過(guò)程，然后有針對(duì)性的采取改進(jìn)措施，對(duì)于維持汽車的技術(shù)水平具有非常重要的作用。

1.2汽車零部件失效的分類

汽車零部件按失效模式分類可以分為：一是磨損，包括粘著磨損、表面疲勞磨損、磨料磨損、微動(dòng)磨損、腐蝕磨損，如齒輪表面和滾動(dòng)軸承便面的麻點(diǎn)、曲軸“抱軸”等。二是疲勞斷裂，包括低應(yīng)力高周疲勞、高應(yīng)力低疲勞周疲勞、熱疲勞、腐蝕疲勞，如齒輪輪齒折斷、曲軸斷裂等。三是腐蝕，包括化學(xué)腐蝕、穴蝕、電化學(xué)腐蝕，如濕式汽缸套外壁麻點(diǎn)。四是變形，包括過(guò)量彈性變形、過(guò)量塑性變形和蠕變，如曲軸彎曲、基礎(chǔ)件變形等。五是老化，如橡膠輪胎、塑料器件龜裂、變硬等。 失效模式是研究汽車零部件失效的關(guān)鍵，同一個(gè)零件可能同時(shí)存在集中失效模式。

2.汽車零部件失效的原因

2.1設(shè)計(jì)制造方面的原因

汽車零部件的設(shè)計(jì)制造不合理是造車汽車零部件早期失效的主要原因之一。如汽車零部件的材料選擇方面，我國(guó)GB5216標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的齒輪鋼淬透性帶寬為12HRC，而美國(guó)休斯通用公司為8HRC，日本小松為5HRC，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國(guó)外汽車生產(chǎn)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。如汽車零部件的設(shè)計(jì)方面，軸的臺(tái)階處直角過(guò)渡、過(guò)小的圓角半徑、尖銳的棱邊等造成的應(yīng)力集中處，都會(huì)成為汽車零部件破壞的成因。

2.2工作條件方面的原因

汽車零部件失效工作條件方面的原因主要包括：一是工作環(huán)境，由于汽車零件所在環(huán)境介質(zhì)、工作溫度、潤(rùn)滑情況、使用狀況等因素的影響，極可能會(huì)產(chǎn)生磨損或熱應(yīng)力引起的熱變形、熱膨脹等失效。二是零件受力狀況，如齒輪輪齒根部所受的彎曲載荷及表面承受的接觸載荷等。

2.3使用維修方面的原因

一是使用方面，如果汽車不重視維修，不能按照規(guī)定定期進(jìn)行檢修，汽車長(zhǎng)期處于超載、潤(rùn)滑不良，頻繁低溫冷啟動(dòng)等狀態(tài)，都會(huì)造成汽車零件失效。二是維修方面，主要包括配合情況、汽車維護(hù)狀況以及零件修理過(guò)程中是否出現(xiàn)損傷或缺陷等問(wèn)題。

3.汽車零部件磨損失效模式

汽車零部件磨損是指汽車在運(yùn)行過(guò)程中，零件與零件之間、周圍液體或汽車之間的接觸，生產(chǎn)的阻礙運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)，它是摩擦效應(yīng)的一種表現(xiàn)和結(jié)果，與零部件所受的應(yīng)力狀態(tài)、材料的組織結(jié)構(gòu)、使用與潤(rùn)滑條件等因素相關(guān)。磨損的發(fā)生往往會(huì)使得零件的形狀、尺寸以及表面性質(zhì)等發(fā)生變化，從而降低汽車零件的工作性能，但是磨損也有有益的一面，如汽車新零件的磨合，將會(huì)增加汽車零件的使用性能。

汽車零部件磨損按表面破壞激勵(lì)和特征，可以將其分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等類型。其中，粘著磨損和磨料磨損是汽車零部件磨損的主要形式，其他則是只會(huì)出現(xiàn)在某種特定條件下。據(jù)相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)有超過(guò)3/4的汽車零部件失效或報(bào)廢都源于磨損，因此論文中將重點(diǎn)闡述汽車零部件的磨損失效模式。

3.1粘著磨損

粘著磨損主要是由于金屬表面符合過(guò)大、溫度過(guò)高，破壞了金屬表面的油膜而導(dǎo)致的零部件的摩擦表面直接接觸而發(fā)生的粘著，使得零部件表面的金屬轉(zhuǎn)移到另一個(gè)零件表面引起的磨損。造成粘著磨損的原因主要在于材料特性、零部件表面粗糙度、潤(rùn)滑油、運(yùn)動(dòng)速度和單位面積上升壓力等因素，如潤(rùn)滑油的使用方面，如果能夠保證足夠的潤(rùn)滑油，以及潤(rùn)滑油的粘度、工作溫度，則會(huì)有效保護(hù)零部件表面的氧化膜，延長(zhǎng)零部件的使用壽命。

由于摩擦區(qū)形成的熱是引起粘著磨損的根本原因，因此一方面可以將摩擦區(qū)的溫度降低到潤(rùn)滑油熱穩(wěn)定性的臨街溫度和金屬熱穩(wěn)定性的臨界點(diǎn)，通過(guò)減少摩擦區(qū)的溫度降低粘著磨損或是在材料的選擇上采用熱穩(wěn)定性較高的合金鋼；另一方面可以通過(guò)改善摩擦區(qū)的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸等，減少粘著磨損引起的汽車零部件失效。

3.2磨料磨損

磨料磨損是指魔草表面間存在的硬質(zhì)顆粒引起的磨損，通常將這些空氣中的灰塵、運(yùn)動(dòng)過(guò)程中零部件自身脫落的金屬顆粒以及潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)等稱之為磨料。在各類磨損形式中大約占磨損總消耗的50%，是危害最為嚴(yán)重的磨損形式。磨料磨損主要包括：擦痕，如柴油機(jī)配油漆的針閥偶件；磨料進(jìn)入齒面間的疲勞剝落或磨料進(jìn)入軸承間極易發(fā)生的塑性擠壓。

空氣中的塵沙和沙粒是造成汽車磨損，尤其是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)磨損的主要原因，因此可以采用潤(rùn)滑油濾清，經(jīng)常清洗機(jī)油濾清器等方面提高零部件表面的硬度，從而增強(qiáng)零部件的耐磨性。同時(shí)，當(dāng)材料表面的硬度是磨料硬度的1.3倍時(shí)時(shí)磨料磨損的最小值，磨料尺寸越大，磨損量就會(huì)增加，直至達(dá)到最大值，所以材料的優(yōu)選對(duì)于減少磨料磨損引起的汽車零部件失效具有顯著的作用。

3.3疲勞磨損

所謂疲勞磨損是指在交變載荷作用下，發(fā)生在滾動(dòng)及滾動(dòng)與滑動(dòng)并存的零部件表層產(chǎn)生的剝落現(xiàn)象，如齒輪齒面，一般疲勞磨損可以分為非擴(kuò)展性疲勞磨損和擴(kuò)展性疲勞磨損。非擴(kuò)展型疲勞磨損主要是由于周期性的接觸壓力作用，在摩擦便面產(chǎn)生的麻點(diǎn)，且麻點(diǎn)會(huì)隨著單位接觸面積的降低而停止。而擴(kuò)展性疲勞磨損主要是材料塑性較差是，接觸表面面對(duì)較大的壓應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋，并隨著金屬脫落形成凹坑和小麻點(diǎn)，致使汽車零部件停止工作。疲勞磨損通常是摩擦和疲勞的共同作用的結(jié)果，失效過(guò)程可以分為疲勞核心裂紋的形成以及疲勞裂紋的發(fā)展直至材料微粒的托等兩個(gè)階段。

參考文獻(xiàn)：

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