車輛機(jī)械零部件的磨損及其預(yù)防保養(yǎng)

宋真玉

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

車輛機(jī)械零部件對(duì)于整個(gè)車輛而言，都發(fā)揮著不容忽視和替代的作用，但是，其經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)失效狀態(tài)，即變形、疲勞、磨損、腐蝕等等，其中，最重要的就是磨損。根據(jù)相關(guān)資料調(diào)查顯示，磨損現(xiàn)象的存在，會(huì)造成至少3/4的車輛零部件報(bào)廢。機(jī)械零部件在長(zhǎng)時(shí)間的高壓和高溫作用下，出現(xiàn)磨損是非常常見，尤其是在機(jī)械零部件的表面，從而就會(huì)極易引發(fā)零部件報(bào)廢現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致車輛出現(xiàn)故障。這樣一來，車輛的機(jī)械性能就會(huì)明顯下降，而維修成本則會(huì)隨之增加，在最為嚴(yán)重的時(shí)候，還會(huì)導(dǎo)致交通事故發(fā)生。因此，對(duì)車輛機(jī)械零部件的磨損進(jìn)行詳細(xì)分析，并制定有效的預(yù)防與保養(yǎng)措施對(duì)于車輛自身和駕駛?cè)硕远际鞘种匾摹?/p>

1 車輛機(jī)械零部件的磨損

在車輛行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力，會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)械零部件彼此之間產(chǎn)生接觸和摩擦，在長(zhǎng)時(shí)間處于摩擦的狀態(tài)下，就會(huì)使得零部件發(fā)生磨損，從而導(dǎo)致零部件失效。就磨損的方式而言，主要可以劃分為六類，即黏著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、氣蝕、微動(dòng)磨損，其中黏著磨損、磨料磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損是比較常見的。

1.1 黏著磨損

黏著磨損之所以發(fā)生，主要是因?yàn)榉肿右Φ恼掣脚c局部高溫的熔著。車輛自身所具備的機(jī)械零部件，其中一些強(qiáng)度與剛性都比較低，但是，還有很多是以高分子材料為載體所制成的，因?yàn)榻佑|面分子之間產(chǎn)生引力黏附，導(dǎo)致機(jī)械零部件的接觸點(diǎn)形成了非常強(qiáng)大的黏著現(xiàn)象，一旦長(zhǎng)期如此，就會(huì)發(fā)生膠著和咬死等現(xiàn)象。另外，車輛在高速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，使得機(jī)械零部件彼此之間的摩擦不斷加劇，產(chǎn)生大量熱力，從而造成局部發(fā)生高溫熔著，最終形成黏著磨損。黏著磨損的出現(xiàn)，直接促使?jié)櫥湍ぐl(fā)生破裂，產(chǎn)生巨大熱能，難以揮發(fā)，以此導(dǎo)致接觸面被嚴(yán)重?zé)龤?，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重事故。同時(shí)，黏著磨損的體積磨損量與滑動(dòng)距離、法向載荷之間是正向關(guān)系，與較軟材料的硬度是反向關(guān)系，其規(guī)律可以通過式(1)表示：

W=k×(NL/HB)

(1)

式中：W為體積磨損量,cm3/N·m；L為滑動(dòng)距離,m；HB為軟材料的布氏硬度,N/cm2；k為磨損系數(shù)，cm3/N·m，和接觸產(chǎn)生的概率、摩擦副的材料等因素相關(guān)。從式(1)中可知，k值越大，體積磨損量越大。摩擦副表面間有潤(rùn)滑劑的時(shí)候，在空氣或真空中，體積磨損量都很小，而摩擦副的表面沒有污染膜，在空氣中摩擦的時(shí)候，體積磨損量最大。

1.2 磨料磨損

磨料磨損主要是受車輛機(jī)械零部件上存在的硬質(zhì)顆粒和凸出物的影響而產(chǎn)生，其會(huì)直接造成車輛在行駛時(shí)，各個(gè)零部件之間相互撞擊，發(fā)生些許的變形現(xiàn)象，從而引發(fā)磨損，具體如圖1所示。磨料磨損和黏著磨損之間的最大差別，就是把硬質(zhì)顆粒和凸出物會(huì)撞擊到零件，形成實(shí)質(zhì)性破壞。在車輛機(jī)械零部件磨損中，磨料磨損的程度最大，在嚴(yán)重的時(shí)候，還會(huì)導(dǎo)致切削、斷裂、溝槽、凹坑等現(xiàn)象發(fā)生[1]。

圖1 磨料磨損示意圖

1.3 疲勞磨損

疲勞磨損也就是所謂的接觸疲勞磨損，即零部件的表面在滾動(dòng)或者滾滑復(fù)合的時(shí)候，在長(zhǎng)期接觸交變應(yīng)力的作用下，促使接觸表面出現(xiàn)了疲勞斷裂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致點(diǎn)蝕和剝落。具體如表1所示。零部件在長(zhǎng)期周期作用力的影響下，自身發(fā)生塑性形變，產(chǎn)生些微的斷裂現(xiàn)象，即零部件接觸面形成了麻點(diǎn)形狀的凹坑。這種磨損主要發(fā)生在車輛滾動(dòng)軸承與齒輪間。對(duì)此，必須及時(shí)進(jìn)行處理，否則將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。

表1 點(diǎn)蝕與剝落

1.4 腐蝕磨損

因?yàn)檐囕v機(jī)械零部件的表層和周圍介質(zhì)發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)，從而形成磨損，就是所謂腐蝕磨損。對(duì)于腐蝕磨損而言，在相對(duì)較輕的時(shí)候，應(yīng)及時(shí)加以處理，否則長(zhǎng)期下去，將會(huì)演變成重度磨損，具體如圖2所示。在車輛中，大多數(shù)的機(jī)械零部件都是以金屬為材料的，其中，一部分活性金屬和空氣中的氣體產(chǎn)生化學(xué)變化，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械零部件發(fā)生硫化和氧化，造成車輛機(jī)械零部件的接觸面保護(hù)層快速脫落，這樣一來，零部件就會(huì)被嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致安全事故。

圖2 腐蝕磨損示意圖

1.5 氣 蝕

在液體和零部件的表層相接觸，同時(shí)開始相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，液體飽和蒸汽壓力比液體和零部件接觸位置的局部壓力要相對(duì)較高，這時(shí)，溶解在液體中的氣體會(huì)成為氣泡，并和液體流到高壓區(qū)域，在此過程中，氣泡勢(shì)必會(huì)發(fā)生變化，但是，在其破裂的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生非常大的沖擊力和顯微射流，從而表面材料發(fā)生疲勞性剝落，具體如圖3所示。在發(fā)生氣蝕前，會(huì)出現(xiàn)麻點(diǎn)坑，然后進(jìn)一步增加其深度，最終導(dǎo)致零部件發(fā)生穿透現(xiàn)象，進(jìn)而誘發(fā)機(jī)械故障。

圖3 氣蝕示意圖

1.6 微動(dòng)磨損

所謂微動(dòng)磨損，實(shí)際上就是兩個(gè)相互接觸，而且壓緊的表面之間，發(fā)生低幅往復(fù)切向振動(dòng)的時(shí)候，零部件發(fā)生了微粒脫落的不良狀況。具體如圖4所示。

2 車輛機(jī)械零部件磨損的預(yù)防措施

2.1 黏著磨損的預(yù)防

在車輛機(jī)械零部件產(chǎn)生摩擦的表層上，安插比較容易進(jìn)行剪切的薄膜，即邊界膜和潤(rùn)滑劑膜都可行，其能夠充分發(fā)揮潤(rùn)滑作用，大大減少機(jī)械零部件間的摩擦程度。想要將薄膜的作用有效發(fā)揮出來，就必須保證機(jī)械零部件間的摩擦表面間隙呈楔形狀，而且間隙的規(guī)格與設(shè)計(jì)的相關(guān)要求相符[2]。薄膜的黏度必須充足，需要以潤(rùn)滑位置的具體需求作為依據(jù)，合理選擇潤(rùn)滑劑。

圖4 微動(dòng)磨損示意圖

2.2 磨料磨損的預(yù)防

就磨損來講，存在土粒、型芯砂、鋁碎片等不小心進(jìn)入零部件內(nèi)部，導(dǎo)致摩擦產(chǎn)生磨損。所以，在車輛生產(chǎn)與使用時(shí)，需要全面做好密封工作，防止雜質(zhì)進(jìn)入零部件內(nèi)。車輛在維修的時(shí)候，周圍環(huán)境要足夠干凈，不能有太多的灰塵，在裝配之前，需要做好清潔工作。同時(shí)，在平時(shí)，還需要定期做好空氣慮化和清潔工作，對(duì)零部件的連接位置進(jìn)行詳細(xì)檢查，防止銜接位置有松動(dòng)現(xiàn)象。在使用車輛時(shí)，定期對(duì)機(jī)油濾清器、燃油濾清器、空氣濾清器等及時(shí)更換和清理，防止摩擦副間內(nèi)有磨料進(jìn)入[3]。在生產(chǎn)車輛時(shí)，在裝配好零部件之后，還需要全方位清潔，確保其表面沒有雜質(zhì)存在。

2.3 疲勞磨損的預(yù)防

想要有效預(yù)防疲勞磨損，必須全面確保制作機(jī)械零部件相關(guān)材料足夠干凈，以此促使零件表面的摩擦系數(shù)有所下降，其中，摩擦系數(shù)越小，那么零部件自身的抗疲勞磨損力就會(huì)越強(qiáng)。對(duì)此，可以對(duì)非金屬雜質(zhì)的含量進(jìn)行有效控制，尤其是基體組織和碳化物的均勻性等等，都會(huì)在很大程度上提高機(jī)械零部件制作材料的清潔程度。與此同時(shí)，還可以根據(jù)車輛的零部件使用要求，通過滲碳和滲氮等表面強(qiáng)化工藝，提高機(jī)械零部件的硬度，從而大大降低零部件表面出現(xiàn)疲勞磨損的幾率[4]。

2.4 腐蝕磨損的預(yù)防

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作的條件充分科學(xué)、合理，避免其長(zhǎng)期處于較低條件運(yùn)轉(zhuǎn)，另外，還要注意車輛的正常駕駛，不能頻繁啟動(dòng)，避免車輛在駕駛時(shí)，出現(xiàn)突然減速的現(xiàn)象，從而有效防止腐蝕磨損發(fā)生。把表面改性切實(shí)應(yīng)用到很容易出現(xiàn)腐蝕磨損的機(jī)械零部件中去加以處理，利用鍍錫和塑料等材料，預(yù)防腐蝕，以此有效減少零部件的腐蝕磨損現(xiàn)象發(fā)生[5]。同時(shí)，還可以通過磷化處理技術(shù)，全面梳理零部件的表面，以此形成非常嚴(yán)密的保護(hù)層。在平時(shí)駕車時(shí)，還需要養(yǎng)成良好習(xí)慣，防止因?yàn)轭l繁啟動(dòng)或者突然加速等行為，導(dǎo)致零部件的表面發(fā)生腐蝕磨損現(xiàn)象[6]。

2.5 氣蝕的預(yù)防

為了在一定程度上降低氣蝕發(fā)生的幾率，需要先減少氣泡的形成，而有效避免氣泡產(chǎn)生，主要就是把機(jī)械零部件表面的氣泡破裂。

2.6 微動(dòng)磨損的預(yù)防

嚴(yán)格控制零部件與表面相配合的振動(dòng)，并且在其之間適當(dāng)涂抹固體潤(rùn)滑劑。

3 車輛機(jī)械零部件磨損的保養(yǎng)措施

3.1 提高表層材料質(zhì)量

車輛機(jī)械零部件的磨損是由各種原因所造成的，而且形式各不相同，這就需要切實(shí)根據(jù)各種不同的磨損類型，采取具有針對(duì)性的預(yù)防措施，以此有效降低車輛機(jī)械零部件的磨損。在表層材料生產(chǎn)時(shí)，盡量減少其所含的非金屬雜質(zhì)成分，及時(shí)排除零件表層上存在的缺陷，防止出現(xiàn)凹槽、劃痕、雜質(zhì)等。在車輛機(jī)械零部件生產(chǎn)時(shí)，還需要盡量降低零部件表面的粗糙程度，確保其足夠光滑整潔，并有效提高生產(chǎn)質(zhì)量。對(duì)此，可以通過表面激光沖擊、噴丸、滲碳、滲氮等技術(shù)，提高零部件表層質(zhì)量，促使零部件充分具備相對(duì)較高的抗磨損性能，以此延長(zhǎng)零部件的使用壽命[7]。對(duì)車輛機(jī)械零部件的質(zhì)量進(jìn)行全方位檢查，保證所查處的數(shù)量占據(jù)比較高的比重，可以將車輛機(jī)械零部件的生產(chǎn)質(zhì)量情況全面反映出來。而在檢查質(zhì)量的時(shí)候，有缺陷的零部件數(shù)量超過標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大檢查范圍，并及時(shí)處理有缺陷的零部件。另外，在更換車輛機(jī)械零部件的時(shí)候，也必須對(duì)其質(zhì)量做好檢查工作，防止出現(xiàn)安全問題。

3.2 保證正常的工作載荷

車輛機(jī)械工作載荷對(duì)零部件的損耗過程有著直接性的影響。零部件的磨損會(huì)在負(fù)荷的不斷增加影響下，而隨之加大。在零部件所承受的載荷與設(shè)計(jì)載荷不相符的時(shí)候，磨損就會(huì)有所加劇。另外，在其他的條件相同時(shí)，與動(dòng)載荷磨損相比，穩(wěn)定載荷產(chǎn)生的磨損會(huì)相對(duì)小一些，故障也比較少，壽命也會(huì)明顯縮短。發(fā)動(dòng)機(jī)在不穩(wěn)定載荷的狀態(tài)下相較于在穩(wěn)定的載荷狀態(tài)下運(yùn)作，其零部件磨損將會(huì)直接增大兩倍。而在正常的負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)生故障的幾率將會(huì)明顯降低，而且壽命也比較長(zhǎng)。經(jīng)常性在大范圍負(fù)荷變動(dòng)的機(jī)械零部件磨損明顯要高于連續(xù)性穩(wěn)定工作的零部件，所以，應(yīng)在最大程度上保證車輛零部件的正常工作載荷。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，車輛機(jī)械零部件的磨損，是在很多因素的共同作用下所形成的，如果其中腐蝕磨損、磨料磨損、黏著磨損、疲勞磨損等同時(shí)出現(xiàn)，相關(guān)人員必須具備良好的專業(yè)素質(zhì)，才能夠全方位兼顧其中的各種相關(guān)因素，以此作為依據(jù)，制定科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)措施。首先，應(yīng)全面提高車輛機(jī)械零部件的質(zhì)量，對(duì)其表面做好保護(hù)工作，并定期進(jìn)行全面清潔，避免有磨料和雜質(zhì)進(jìn)入其中，從而大大降低車輛機(jī)械零部件的磨損，進(jìn)一步延長(zhǎng)零部件的使用壽命，確保車輛得以安全穩(wěn)定運(yùn)行。