【正文】 第二章 汽車(chē)零部件的失效理論 返回 21 汽車(chē)零部件失效概述 22 汽車(chē)零部件的磨損失效 23 汽車(chē)零件的疲勞斷裂失效 24 汽車(chē)零件的腐蝕失效 25 汽車(chē)零件的變形失效 26 失效模式影響及危害性分析 (FMEACA) 27 故障樹(shù)分析 (FTA) 本章重點(diǎn) 了解汽車(chē)零件失效的類(lèi)型和原因； 熟悉零件失效的形式和機(jī)理； 掌握失效模式影響及零件失效分析的方法。 返回 21 汽車(chē)零部件失效概述 汽車(chē)零件失效概念 汽車(chē)零件的失效（故障）： 指汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，零部件逐漸喪失原有的或技術(shù)文件所要求的性能，從而引起汽車(chē)技術(shù)狀況變差，直至不能履行規(guī)定的功能。 返回 下一頁(yè) 事故的危害影響 ： 用戶： 影響使用，造成人車(chē)的事故，維修費(fèi)加大， 社會(huì)： 造成不良的社會(huì)影響，資源的浪費(fèi)，社會(huì)公害加劇。 廠家： 經(jīng)濟(jì)損失，無(wú)形的損失更多 —— 品質(zhì)、 —— 口碑 失效一般用于不可修復(fù)產(chǎn)品，故障則用于可修復(fù)產(chǎn)品． 21 汽車(chē)零部件失效概述 汽車(chē)零件失效類(lèi)型 汽車(chē)整機(jī)的失效通常是由某個(gè)零部件首先損壞而引發(fā)的。而汽車(chē)零件的失效大致有以下幾種形式： 一是過(guò)量變形，以致在機(jī)構(gòu)中失去功能 二是磨損或腐蝕造成表面損傷，影響到機(jī)構(gòu)的精度或靈敏度等； 三是斷裂事故，這往往造成災(zāi)難性后果。 根據(jù)失效的原因、性質(zhì)、機(jī)理、程度、產(chǎn)生的速度、發(fā)生的時(shí)間以及失效產(chǎn)生的后果，將失效進(jìn)行不同的分類(lèi)。見(jiàn)表 21。 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 21 汽車(chē)零部件失效概述 所謂失效模式就是失效所表現(xiàn)的形式。 汽車(chē)零件常見(jiàn)的失效模式類(lèi)型見(jiàn)表 22。 而汽車(chē)零件的主要失效模式則有 零件的磨損、變形、疲勞損壞、熱損壞和老化、腐蝕損壞 等。 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) （ 1）磨損。包括磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動(dòng)磨損。 （ 2）疲勞斷裂。包括高應(yīng)力低周期疲勞、低應(yīng)力高周期疲勞、腐蝕疲勞、熱疲勞等。 （ 3）腐蝕。包括化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、穴蝕等。 （ 4）變形。包括彈性變形、塑性變形等。 （ 5）老化。包括龜裂、變硬，如橡膠輪胎、塑料器件的老化。 21 汽車(chē)零部件失效概述 汽車(chē)零件的失效原因 汽車(chē)零件的失效原因主要有零件本身的物理耗損以及使用條件的影響。 （ 1）道路條件的影響。 （ 2）運(yùn)行條件的影響。 （ 3）運(yùn)輸條件的影響。 （ 4）氣候條件的影響。 ①環(huán)境溫度的影響。圖 21 表明有一個(gè)故障率最低的環(huán)境氣象溫度 。圖 22也表明有一個(gè)氣缸磨損最小的冷卻液溫度。 ②環(huán)境濕度和風(fēng)速的影響。 （ 5）維修水平的影響。 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 22 汽車(chē)零部件的磨損失效 汽車(chē)零件的摩擦 兩物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)使其接觸表面間產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)阻力的現(xiàn)象稱(chēng)為摩擦，該阻力稱(chēng)為摩擦力。 按零件表面潤(rùn)滑狀態(tài)的不同，摩擦可分為 干摩擦、液體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦四類(lèi)。 返回 下一頁(yè) 汽車(chē)零件的磨損 零件摩擦表面的金屬在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不斷損失的現(xiàn)象，稱(chēng)為 零件的磨損 。磨損的發(fā)生將造成零件形狀尺寸及表面性質(zhì)的變化，使零件的工作性能逐漸降低；但磨損有時(shí)候也是有益的，如磨合。 依摩擦原理的不同，磨損可分為 磨料磨損、粘著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。 22 汽車(chē)零部件的磨損失效 （ 1）磨料磨損。磨料磨損的定義形式、影響因素及減輕措施見(jiàn)表 23。 （ 2）粘著磨損。粘著磨損的定義機(jī)理、影響因素和減小措施見(jiàn)表 2 4。 （ 3）疲勞磨損。疲勞磨損的定義、分類(lèi)、產(chǎn)生機(jī)理和減小措施見(jiàn)表25。 （ 4）腐蝕磨損。腐蝕磨損的定義、分類(lèi)及減小措施見(jiàn)表 26。 影響汽車(chē)零件磨損的因素及磨損規(guī)律 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 22 汽車(chē)零部件的磨損失效 （ 1）材料性質(zhì)的影響。 （ 2）加工質(zhì)量的影響。 （ 3）工作條件的影響。 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 磨損特性曲線。從圖 23 中可以看出，零件磨損可分為三個(gè)階段。 （ 1）第一階段，磨合期 (oa段 )。 （ 2）第二階段，正常工作期 (ab段 )。 （ 3）第三階段，極限磨合期（曲線 b 點(diǎn)以后）。 由上述可知，降低磨合期的磨損量，減緩正常工作期的磨損，推遲極限磨損期的來(lái)臨，可延長(zhǎng)零件的使用壽命（如圖 23中虛線所示）。 23 汽車(chē)零件的疲勞斷裂失效 零件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象，稱(chēng)為 疲勞斷裂。 其特點(diǎn)為： （ 1）疲勞條件下的破斷應(yīng)力低于材料的抗拉強(qiáng)度 σb，而且低于屈服強(qiáng)度 σb。 （ 2）無(wú)論是塑性材料還是脆性材料做成的零件，在交變應(yīng)力的作用下，一般都在疲勞裂紋擴(kuò)展到一定程度后發(fā)生突然破壞，而且疲勞斷裂過(guò)程在宏觀形貌上沒(méi)有留下明顯的塑性變形。 （ 3）疲勞破壞的宏觀斷口有其獨(dú)特的形貌，典型的宏觀疲勞斷口分為三個(gè)區(qū)域：疲勞源（或稱(chēng)為疲勞核心）、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)。 返回 下一頁(yè) 23 汽車(chē)零件的疲勞斷裂失效 疲勞斷裂失效的分類(lèi) 疲勞斷裂失效的分類(lèi)見(jiàn)表 27。 而根據(jù)零件的特點(diǎn)及破壞時(shí)總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，疲勞失效可按圖 24所示分類(lèi)。對(duì)于不同類(lèi)型的疲勞失效，其分析方法是不同的。 汽車(chē)零件一般多為低應(yīng)力高周疲勞斷裂。 疲勞斷裂失效機(jī)理 金屬零件疲勞斷裂實(shí)質(zhì)上是一個(gè)累積損傷過(guò)程，大體上可劃分 為滑移、裂紋成核、微裂紋擴(kuò)展、宏觀裂紋擴(kuò)展、最終斷裂 幾個(gè)過(guò)程。 圖 25 延性金屬中由外載荷作用造成的滑移； 圖 26 疲勞裂紋擴(kuò)展的兩個(gè)階段。 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 23 汽車(chē)零件的疲勞斷裂失效 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 氣缸體斷裂端面?zhèn)让? 端面裂紋 活塞損壞 斷裂后的主軸承蓋 氣缸體斷裂端面 返回 23 汽車(chē)零件的疲勞斷裂失效 疲勞斷口宏觀形貌特征 典型的宏觀疲勞斷口一般分為三個(gè)區(qū)域：疲勞源區(qū)或稱(chēng)疲勞核心區(qū) 、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)，如圖 27 所示。 返回 下一頁(yè) 上一頁(yè) 宏觀特征 : ① 氧化或腐蝕較重 ,顏色較深 。 ② 斷面平坦、光滑、細(xì)密 ,有些斷口可見(jiàn)到閃光的小刻面 。 ③ 有向外輻射的放射臺(tái)階或放射狀條紋 。 ④ 在源區(qū)雖看不到疲勞弧線 ,但有向外發(fā)射疲勞弧線的中心。 ： 疲勞弧線。 ： 出現(xiàn)放射區(qū)和剪切唇。其宏觀特征與帶尖缺口一次性斷裂的斷口相近 23 汽車(chē)零件的疲勞斷裂失效 載荷的類(lèi)型、應(yīng)力集中和名義應(yīng)力的大小對(duì)疲勞斷口宏觀形態(tài)的影響見(jiàn)表 28。 提高汽車(chē)零件抗疲勞斷裂的方法 其方法有強(qiáng)化金屬合金表面，控制表面的不均勻滑移（如表面滾壓 、噴丸以及表面熱處理等）。 細(xì)化材料晶?？商岣咂趶?qiáng)度極限； 采用熱處理方法使晶界呈鋸齒狀或使晶粒定向排列并與受力方向垂直，以防晶界成為疲勞裂紋擴(kuò)展的通道。 另外，提高金屬材料的純潔度，減小夾雜物尺寸以及提高零件表面完整性設(shè)計(jì)水平，盡量避免應(yīng)力集中的現(xiàn)象等