【正文】 數(shù)量的空氣和汽油，為之后的 工作 循環(huán)做準(zhǔn)備。如果混合物中有顆粒，那么會(huì)引起嚴(yán)重的磨損，就如 粒度為 20μ m～ 30μ m的塵埃將引起氣缸表面的嚴(yán)重磨損。干摩擦和在潤滑不良條件下工作的滑 動(dòng)摩擦副容易產(chǎn)生粘著磨損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使摩擦副咬死。 圖 22 粘著磨損原理圖 表面疲勞磨損及其工作環(huán)境 兩接觸表面在交變接觸壓應(yīng)力的作用下，材料表面因疲勞而產(chǎn)生物質(zhì)損失的現(xiàn)象稱為表面疲勞磨損。 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 5 圖 23 齒輪表面疲勞磨損實(shí)物圖 腐蝕磨損及其工作環(huán)境 零件表面在摩擦過程中，表面金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，因而出現(xiàn)物質(zhì)損失的現(xiàn)象成為腐蝕磨損。其表現(xiàn)的狀態(tài)與介質(zhì)的性質(zhì)、介質(zhì)作用在摩擦表面上的狀態(tài)以及摩擦材料的性能有關(guān)。 氧化磨損：氧化磨損是最常見的一種磨損形式，曲軸軸頸、氣缸、活塞銷、齒輪嚙合表面、滾珠或滾柱軸承等零件都會(huì)產(chǎn)生氧化磨損。 影響因素：影響氧化磨損的因素有滑動(dòng)速度、接觸載荷、氧化膜的硬度、介質(zhì)中的含氧量、潤滑條件以及材料性能等。柴油機(jī)濕式缸套的外壁與冷卻液接觸的表面、滑動(dòng)軸承在最小油膜間隙之后的油膜擴(kuò)散部分（由于負(fù)壓的存在），都可能產(chǎn)生穴蝕。氣缸套穴蝕為例，由 于氣缸內(nèi)燃燒壓力隨曲軸轉(zhuǎn)角而變化，缸套在活塞側(cè)向推力的作用下，使缸套產(chǎn)生彈性變形和高頻振動(dòng)。 氫致磨損：含氫的材料在摩擦過程中，由于力學(xué)及化學(xué)作用導(dǎo)致氫的析出。氫可能來自材料本身或是環(huán)境介質(zhì)，如潤滑油和水中等。微動(dòng)以三種方式對(duì)構(gòu)件造成破壞；如在微動(dòng)磨損過程中，兩個(gè)表面之間的化學(xué)反應(yīng)起主要作用時(shí)，則稱微動(dòng)腐蝕磨損。 通常在靜配合的軸與孔表面，某些片式摩擦離合器內(nèi)外摩擦片的結(jié)合面上，以及一些受振動(dòng)影響的聯(lián)接件（如花鍵、銷、螺釘）的接合面上都可能出現(xiàn)微動(dòng)磨損。更嚴(yán)重的是在微動(dòng) 磨損處引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致零件疲勞斷裂。是粘著磨損、氧化磨損、磨料磨損三種磨損形式的組合。 疲勞斷裂 零件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過較長時(shí)間工作而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。在汽車上，大約有 90%以上的斷裂可歸結(jié)為零件的疲勞失效。高周疲勞發(fā)生時(shí)，應(yīng)力在屈服強(qiáng)度以下，零件的壽命主要由裂紋 的形核壽命控制。汽車零件一般多為低應(yīng)力高周疲勞斷裂。大體可劃分為滑移、裂紋成核、微觀裂紋擴(kuò)展、宏觀裂紋擴(kuò)展、最終斷裂幾個(gè)過程。 腐蝕 零件受周圍介質(zhì)作用而引起的損壞稱為零件的腐蝕。 ： 金 屬零件與介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的損傷稱為化學(xué)腐蝕。（發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)鍍鉻） ：電化學(xué)腐蝕是兩個(gè)不同的金屬在一個(gè)導(dǎo)電溶液中形成一對(duì)電極，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕的作用，使充當(dāng)陽極的金 屬被腐蝕。變形是零件失效的一個(gè)重要原因，如曲軸、離合器摩擦片、變速器中間軸與主軸。 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 7 彈性變形失效 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈性。 在這個(gè)過程中，材料雖然能夠恢復(fù)到原來的形狀，但是它的承載性能會(huì)降低的很快，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)零部件在一定時(shí)間后不能使用。在這個(gè)過程中，材料不能恢復(fù)到原來的形狀，會(huì)導(dǎo)致它的承載能力變得很弱，長時(shí)間過后就不能使用了。它與 塑性變形 不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長，它在應(yīng)力小于 彈性極限 時(shí)也能出現(xiàn)。（龜裂、變硬） 3 可靠性概念及可靠性設(shè)計(jì)方法介紹 可靠性概念 根據(jù) GB/《電工術(shù)語 可靠性與服務(wù)質(zhì)量》規(guī)定的可靠性定義：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。這一定義也使用機(jī)械產(chǎn)品。不僅如此，包括操作人員在內(nèi)的人機(jī)系統(tǒng)也可看到做是產(chǎn)品，這時(shí)系統(tǒng)里也包括了人的因素。還要注意，“產(chǎn)品”者 這 一概念還在不斷擴(kuò)大，計(jì)算機(jī)軟件也可以看 作 是產(chǎn)品 規(guī)定條件主要指工作環(huán)境，如壓力、溫度、濕度、鹽霧、腐蝕、輻射、沖擊、震動(dòng)和噪聲等，還包括使用和維修條件、動(dòng)力和載荷條件、操作工人的技術(shù)水平等。 可靠度是時(shí)間性的質(zhì)量指標(biāo)，產(chǎn)品只能在一定的時(shí)間范圍內(nèi)達(dá)到目標(biāo)可靠度，不可能永遠(yuǎn)保持目標(biāo)可靠度 而不降低。時(shí)間可能是區(qū)間（ 0， t），也可能是區(qū)間（ t1,t2）。 功能通常是指產(chǎn)品的工作性能，但是可靠性工程師的工作重點(diǎn)不是產(chǎn)品的功能，而是產(chǎn)品的失效或者故障。對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品，失效也稱為故障。功能有主次之分，故障有主次之分。但有時(shí)動(dòng)作不穩(wěn)、性能下降或響應(yīng)緩慢也構(gòu)成故障，例如，大型設(shè)備的保護(hù)裝置，如果響應(yīng)緩慢就會(huì)導(dǎo)致主體設(shè)備的損壞，所以在有些情況下次要的故障也是不能允許的。 概率是可以量度的， 其值在 0到 1之間，所以 0 最早的可靠性設(shè)計(jì)是在概率和統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)上建立的，直到 1939 年 瑞典人威布爾為了描述材料的疲勞強(qiáng)度而提出了威布爾分布，后來成為可靠性最常用的分布之一。第二種概率設(shè)計(jì)，概率論是研究大量隨機(jī)現(xiàn)象發(fā)生的可能性和規(guī)律性的學(xué)科。可靠性工程常用的概率分布分為以下幾種： 6.概率分 布的確定和應(yīng)用。 除了上述幾種之外，還有 TTCP 法、平均故障率法和穩(wěn)健性設(shè)計(jì)法等。由于機(jī)械 產(chǎn)品的“個(gè)性”太強(qiáng)，其標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度很低，因而很難建立系統(tǒng)、分系統(tǒng)乃至設(shè)備組件及的可靠性預(yù)計(jì)模型。 TTCP 可靠性設(shè)計(jì)方法的具體思路是分為以下幾步 。 、處理及分析。這種方法的實(shí)質(zhì)是建立個(gè)零件的基本故障率 ，然后用各種參數(shù)進(jìn)行修正。 、影響分析，找出其主要故障模式，按模式確定各零件的基本故障率 pci? ，其主要依據(jù)是制造廠商的規(guī)范和保證期中的信息及現(xiàn)場(chǎng)使用數(shù)據(jù)，制造廠商則多以其通用的標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備為依據(jù)。 、使用和環(huán)境條件下，各零件的故障率 pci? 為 ?? n *?? (31) ， 計(jì)算它的故障率： ??? ni PCIME 1 ?? (32) TTCP 可靠性設(shè)計(jì)方法是 在設(shè)計(jì)過程中企圖在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就定量地預(yù)測(cè)產(chǎn)品的可靠性，對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早起階段，在確定了產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)及使用條件而又未能進(jìn)行零部件的真實(shí)試驗(yàn)時(shí)是一種可行的方法。 概率設(shè)計(jì) 概率設(shè)計(jì)方法是 最基本的可靠性設(shè)計(jì)方法 ，它是應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)理論進(jìn)行機(jī)械零件及構(gòu)件設(shè)計(jì)的方法。概率設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容是研究產(chǎn)品的故障物理和故障模型，確定產(chǎn)品的可靠性參數(shù)及指標(biāo)，合理分配產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)值，把規(guī)定的可靠度直接涉及到零件中去，進(jìn)而設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中去。 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 10 。 。 。 、材料等條件下，確定強(qiáng)度公式。 ，應(yīng)用干涉模型計(jì)算可靠度。 。 ，完成初步設(shè)計(jì)。 概率設(shè)計(jì)方法 相對(duì)于傳統(tǒng)的安全 系數(shù)法來說，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 方法在設(shè)計(jì)零部件 的時(shí)候，會(huì)存在一定的故障率。 往掩蓋了對(duì)其它故障模式的考慮，而概率設(shè)計(jì)則有可能對(duì)不同的故障模式細(xì)致地加以考慮。 在運(yùn)用這個(gè)設(shè)計(jì)分析方法時(shí)，一般會(huì)和設(shè)計(jì)零部件一同進(jìn)行，以確保設(shè)計(jì)出來的零部件符合分析的要求。 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 11 ，列出每個(gè)零部件明顯的和潛在的失效模式及影響。 ，找出失效原因，提出可能的預(yù)防措施。如果致命度在 和 1 之間，說明有一定危險(xiǎn) ，這時(shí)需要修改原有設(shè)計(jì)，并采取其它措施，防止發(fā)生危險(xiǎn)。 FMEA 和 FMECA 表格。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的 (較簡單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件 (如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問題的解。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確 的答案 ，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。有限元的概念早在幾個(gè)世紀(jì)前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用，例如用多邊形逼近圓來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。經(jīng)過短短數(shù)十年的努力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)度 分析計(jì)算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法。目前有許多處理的方法，他們各有利弊。例如 ， 在正面碰撞仿真時(shí) , 有可能在 重要 區(qū)域 (例如汽車的前部 )增加預(yù)先設(shè)定的精確度并在車輛的末尾 減少精度 (如此可以減少仿真所需消耗 )； 另一個(gè)例子是模擬地球的氣候模式 , 預(yù)先設(shè)定陸地部分的精確度高于廣闊海洋部分的精確度是非常重要的。 20 世紀(jì) 60 年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算有限元概念的克拉夫（ Clough）教授形象地將其描繪為：“有限元法 =Rayleigh Ritz 法 +分片函數(shù)”，即有限元法是 Rayleigh Ritz 法的一種局部化情況。 步驟 ： 有限元分析法基本的解題步驟如下： ：根據(jù)實(shí)際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。顯然單元越?。ňW(wǎng)格越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解 域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。 ：對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣）。 對(duì)工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束?？傃b是在相鄰單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)（可能的話）連續(xù)性建立在結(jié)點(diǎn)處。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、迭代法和隨機(jī)法。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來評(píng)價(jià)并確定是否需要重復(fù)計(jì)算。前置處理是建立有限 元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后置處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。 輪轂的組成 與參數(shù) 1. 輪輞：與輪胎裝配配合，支撐輪胎的車輪部分。 3. 輪緣：保持并支撐輪胎方向的輪輞部分。 5. 槽底：為方便輪胎裝拆，在輪輞上留有一定深度和寬度的凹坑。 輪轂的基本尺寸包括以下幾個(gè)：尺寸、寬度、 pcd 與孔位、偏距和中心孔。一般在轎車上，輪轂尺寸大，輪胎扁平比高的話，在視覺上可以起到很好的張力效果，而且在車輛操控的穩(wěn)定性方面也會(huì)有所增加，但是隨之而來的就是油耗增加這樣的附加問題。 PCD 與孔位 PCD 的專業(yè)名稱叫節(jié)圓直徑，是指輪轂中央的固定螺栓間的直徑，一般的輪轂大多孔位是 5 顆螺栓和 4 顆螺栓，而螺栓的距離卻也各有不同，所以我們經(jīng)常可以聽到 4X103， ， 5X112 這樣的叫法，以 為例，就代表這顆輪轂的 PCD 是 ，孔位 5顆螺栓。 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 15 圖 41 輪轂中心孔和孔距的原理圖 偏距 英文是 Offset，俗稱 ET 值，輪轂螺栓固定面與幾何中心線（輪轂橫剖面中心線）之間的距離，說得簡單些就是輪轂中間螺絲固定座與整個(gè)輪圈中心點(diǎn)的差值，通俗點(diǎn)說就是輪轂改裝之后是向內(nèi)縮進(jìn)還是向外凸出。比如一臺(tái)車的偏距值為 40，若是換上了ET45 的輪轂，在視覺上就會(huì)比原廠的輪轂更縮入輪拱內(nèi)。 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 16 圖 42 輪轂偏距原理圖 中心孔 中心孔是用來與車輛固定連接的部分，就是輪轂中心與輪轂同心圓的位置， 這里的直徑尺寸影響到我們安裝輪轂是否可以確保輪圈幾何中心可以和輪轂幾何中心吻合 。 有限元分析三個(gè)步驟：前處理、計(jì)算求解、后處理。在這個(gè)過程中 可以用 Autodesk Inventor 軟件本身建立。最后是結(jié)果評(píng)價(jià)、檢查它的正確性。 表 43 起亞 K5輪轂的原型參數(shù) 參數(shù) 數(shù)據(jù) 尺寸 18英寸 寬度 英寸 偏距 46 pcd 5* 中心孔 厚度 / 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 17 輪轂有限元 分析過程 1． 模型建立完后，進(jìn)入應(yīng)力 分析 選項(xiàng)，進(jìn)行相關(guān)的設(shè)定。 圖 44 輪轂材料選擇 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 18 圖 45 應(yīng)力的施加 。 圖 47 輪轂的計(jì)算 輪轂有限元分析的結(jié)果 起亞 K5輪轂斷裂的圖像 圖 48 起亞 K5輪轂斷裂圖 上述 步驟 完成后，對(duì) K5 輪轂進(jìn)行計(jì)算 求解 ，得出以下的輪轂應(yīng)力云圖 汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 20 圖 49 起亞 K5輪轂有限元分析圖 輪轂的 失效分析 與 改進(jìn)設(shè)計(jì) 汽車輪轂在長時(shí)間的高速行駛過程中，會(huì)產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，如果汽車輪轂的厚度不達(dá)標(biāo)，很可能在到達(dá)極限值之前，汽車輪轂會(huì)提前發(fā)生斷裂 。 厚度對(duì)輪轂失效的影響 汽車輪轂在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的疲勞應(yīng)力，經(jīng)過一段時(shí)間后，會(huì)達(dá)到輪轂所能承受的極限，這時(shí)輪轂會(huì)發(fā)生疲勞斷裂。汽車輪轂的厚度 比較薄，那么輪轂會(huì)提前發(fā)生斷裂，致使車輛報(bào)廢。后經(jīng)檢查這輛汽車四個(gè)輪轂的厚度都在 ， 并 不符合標(biāo)準(zhǔn)。輪胎在運(yùn)轉(zhuǎn)工作中，會(huì)有許多雜質(zhì)進(jìn)入到輪轂的凹槽中，長時(shí)間的摩擦后，整個(gè)輪胎會(huì)直接報(bào)廢，不能使用。 輪轂的改進(jìn)設(shè)計(jì) 根據(jù)上述 數(shù)據(jù)可以得知，輪輞的中部和輪輻外部（遠(yuǎn)離中心孔）這兩個(gè)部分汽車零部件的失效模式和可靠性設(shè)計(jì) 21 地應(yīng)力顯示最大，可以對(duì)起亞 K5 輪轂的這些進(jìn)行適