第二章 汽车零件失效理论
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《汽车维修工程》电子教案(5-8)
第5讲第二章汽车零部件的失效理论2.1汽车零部件失效概述2.2汽车零部件的磨损失效课堂类别：理论教学目标：1．了解汽车零件失效的类型和原因；2．熟悉零件磨损失效的形式和机理；教学重难点：重点：零件磨损失效的形式难点：零件磨损失效的机理教学方法与手段：1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发2.教学手段：多媒体教学教案正页主要教学内容及过程(一)导入新课在汽车运行故障中，有一大部分故障时由于零件功能失效造成的，零件为什么会失效，在维修过程中怎样才能提高零件的使用寿命，以增加经济效益？(二)新课教学1．汽车零件失效（1）概念汽车零件的失效（故障）：指汽车在运行过程中，零部件逐渐丧失原有的或技术文件所要求的性能，从而引起汽车技术状况变差，直至不能履行规定的功能。
（2）零件失效的危害（3）汽车零件常见失效类型（4）汽车零件常见失效原因三、汽车零件失效原因1.汽车零件的损耗2.使用条件对汽车零件技术状况的影响（1）道路条件的影响（2）运行条件的影响（3）运输条件的影响（4）气候条件的影响（5）维修水平的影响2．汽车零部件的磨损失效分析（1）概念零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象，称为零件的磨损。
（2）分类磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。
（3）影响磨损的因素材料性质的影响。
加工质量的影响。
工作条件的影响。
2）汽车零件磨损规律零件磨损特性曲线零件磨损分为三个阶段（1）第一阶段（磨合期）Oa段（2）第二阶段（正常工作期）Ob段（3）第三阶段（极限磨损期）曲线b点以后第6讲第二章汽车零部件的失效理论2.3汽车零件的疲劳断裂失效课堂类别：理论教学目标：1．了解汽车零件疲劳断裂失效失效的类型和原因；2．熟悉零件疲劳断裂失效的形式和机理；教学重难点：重点：零件疲劳断裂失失效的形式难点：零件疲劳断裂失失效的机理教学方法与手段：1.教学方法：教师讲授、案例分析、集体讨论、个别回答、师生互动启发2.教学手段：多媒体教学教案正页主要教学内容及过程一.汽车零件疲劳断裂失效的分类1.汽车零件疲劳断裂失效的分类无裂纹零件的疲劳断裂失效裂纹零件的疲劳断裂失效零件中不存在的预裂纹。
第二章汽车零部件的失效模式ppt第二章汽车零部件的失效.pptx
形式只在某些特定条件下才会发生。
三、磨料磨损及其失效机理
定义：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；
磨料的来源； 粒 度 为 20μm ～ 30μm的尘埃将引起 曲轴轴颈、气缸表
在 各 类 磨 损 形 式 中 大 约 占 磨 损总消耗的 50%；危害最为严 重的磨损形式；
发动机活塞环与缸套上部、配汽机 构凸轮与挺杆、齿轮传动副的齿面
二、磨损的分类
磨损与零件所受的应力状态、工作与润滑条
件、加工表面形貌、材料的组织结构与性能以及 环境介质的化学作用等一系列因素有关；
按表面破坏机理和特征，磨损可分为磨料磨 损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动 磨损等；前两种是磨损的基本类型，后两种磨损
制造工艺过程中 产生裂纹、高残余内应力、表面质量不 操作不合理； 良；
使用； 维修；
汽车超载、润滑不良，频繁低温冷启动； 破坏装配位置，改变装配精度；
第二节汽车零部件磨损失效模式与失效机理
汽车或机械运动在其运动中都是一个物体与另一物体
相接触、或与其周围的液体或气体介质相接触，与此同时 在运动过程中，产生阻碍运动的效应，这就是摩擦。由于 摩擦，系统的运动面和动力面性质受到影响和干扰，使系 统的一部分能量以热量形式发散和以噪音形式消失。同时， 摩擦效应还伴随着表面材料的逐渐消耗，这就是磨损。
第二章汽车零部件的失效模式及其分析
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。
第一节汽车零部件失效的概念及分类 一、失效的概念； 二、失效的基本类型； 三、零件失效的基本原因；
三、磨料磨损及其失效机理
定义：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；
磨料的来源； 粒 度 为 20μm ～ 30μm的尘埃将引起 曲轴轴颈、气缸表
在 各 类 磨 损 形 式 中 大 约 占 磨 损总消耗的 50%；危害最为严 重的磨损形式；
发动机活塞环与缸套上部、配汽机 构凸轮与挺杆、齿轮传动副的齿面
二、磨损的分类
磨损与零件所受的应力状态、工作与润滑条
件、加工表面形貌、材料的组织结构与性能以及 环境介质的化学作用等一系列因素有关；
按表面破坏机理和特征，磨损可分为磨料磨 损、粘着磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损和微动 磨损等；前两种是磨损的基本类型，后两种磨损
制造工艺过程中 产生裂纹、高残余内应力、表面质量不 操作不合理； 良；
使用； 维修；
汽车超载、润滑不良，频繁低温冷启动； 破坏装配位置，改变装配精度；
第二节汽车零部件磨损失效模式与失效机理
汽车或机械运动在其运动中都是一个物体与另一物体
相接触、或与其周围的液体或气体介质相接触，与此同时 在运动过程中，产生阻碍运动的效应，这就是摩擦。由于 摩擦，系统的运动面和动力面性质受到影响和干扰，使系 统的一部分能量以热量形式发散和以噪音形式消失。同时， 摩擦效应还伴随着表面材料的逐渐消耗，这就是磨损。
第二章汽车零部件的失效模式及其分析
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。
第一节汽车零部件失效的概念及分类 一、失效的概念； 二、失效的基本类型； 三、零件失效的基本原因；
汽车零部件失效概述
油、气、电及机械间隙调整不当
阻漏型失效模式
不畅、堵塞、气阻、漏油、漏气、漏风、漏电、漏雨、渗水、渗 油等
漏气漏油装置失效、密封件失效、 气候环境
功能型失效
功能失效、性能不稳、性能下降、性能失效、启动困难、干涉、 卡滞、转向过度、转向沉重、转向不回位、离合器分离不彻底、 离合器分不开、制动跑偏、流动不畅、指示失灵、参数输出不 准、失调、抖动、漂移、接触不良、公害超标、异响、过热等
曲轴断裂、齿轮轮齿折断
橡胶轮胎、塑料器件的老化
湿式气缸套外壁麻点、孔穴
第一节 汽车零部件失效概述
失效模式
表现形式
诱发因素
损坏型失效模式
裂痕、裂纹、破裂、断裂、破碎、开裂、弯坏、扭坏、变形过 大、塑性变形、卡死、烤蚀、点蚀、烧蚀、击穿、蠕变、剥落、 短路、开路、断路、错位、压痕等
汽车维修工程
汽车零部件的失效理论
第二章 汽车零部件的失效理论
本章重点:
了解汽车零件失效类型和原因
熟悉磨损失效的形式和机理
掌握汽车零件磨损的因素及磨损规律
了解汽车零件的疲劳断裂失效和汽车零件的腐蚀失效
熟悉汽车零件的变形失效形式和机理
掌握汽车零部件失效的综合分析的方法
第一节 汽车零部件失效概述
应力冲击、电冲击、疲劳、磨损、 材质问题、腐蚀
退化型失效模式
老化、变色、变质、表面保护层剥落、侵蚀、腐蚀、正常磨损、 积碳、发卡等
自然磨损、老化及环境诱发
松脱型失效模式
松矿、松动、脱落、脱焊等
紧固件、焊接件出现问题
失调型失效模式
间隙不适、流量不当、压力不当、电压不符、电流偏值、行程失 调、间隙过大或过小等
（2）压力
阻漏型失效模式
不畅、堵塞、气阻、漏油、漏气、漏风、漏电、漏雨、渗水、渗 油等
漏气漏油装置失效、密封件失效、 气候环境
功能型失效
功能失效、性能不稳、性能下降、性能失效、启动困难、干涉、 卡滞、转向过度、转向沉重、转向不回位、离合器分离不彻底、 离合器分不开、制动跑偏、流动不畅、指示失灵、参数输出不 准、失调、抖动、漂移、接触不良、公害超标、异响、过热等
曲轴断裂、齿轮轮齿折断
橡胶轮胎、塑料器件的老化
湿式气缸套外壁麻点、孔穴
第一节 汽车零部件失效概述
失效模式
表现形式
诱发因素
损坏型失效模式
裂痕、裂纹、破裂、断裂、破碎、开裂、弯坏、扭坏、变形过 大、塑性变形、卡死、烤蚀、点蚀、烧蚀、击穿、蠕变、剥落、 短路、开路、断路、错位、压痕等
汽车维修工程
汽车零部件的失效理论
第二章 汽车零部件的失效理论
本章重点:
了解汽车零件失效类型和原因
熟悉磨损失效的形式和机理
掌握汽车零件磨损的因素及磨损规律
了解汽车零件的疲劳断裂失效和汽车零件的腐蚀失效
熟悉汽车零件的变形失效形式和机理
掌握汽车零部件失效的综合分析的方法
第一节 汽车零部件失效概述
应力冲击、电冲击、疲劳、磨损、 材质问题、腐蚀
退化型失效模式
老化、变色、变质、表面保护层剥落、侵蚀、腐蚀、正常磨损、 积碳、发卡等
自然磨损、老化及环境诱发
松脱型失效模式
松矿、松动、脱落、脱焊等
紧固件、焊接件出现问题
失调型失效模式
间隙不适、流量不当、压力不当、电压不符、电流偏值、行程失 调、间隙过大或过小等
（2）压力
汽车零部件失效模式及其分析
⒉分子吸附 理论 ⒊粘着理论 ⒋分子－机 械理论
⒉摩擦分类
分类方式 按摩擦副 的相对运 动形式 内容 滑动摩擦 滚动摩擦 复合摩擦 固体摩擦 按摩擦副 表面的润 滑状况 流体摩擦 边界摩擦 举例 活塞与活塞环在气缸孔的往复运动 滚动轴承滚柱、滚珠与内、外圈滚 道表面间的摩擦 凸轮轴凸轮与气门挺杆表面间、齿 轮传动机构轮齿表面所发生的摩擦 汽车离合器、制动器 桶面活塞环与气缸壁、轴颈与轴瓦 发动机活塞环与缸套上部、配汽机 构凸轮与挺杆、齿轮传动副的齿面
以疲劳破坏为主的假说： 金属的同 一显微体积经多次塑性变形， 小颗粒从 表层上脱落下来。 不排除同时存在磨料 直接切下金属的过程。 滚动接触疲劳破 坏产生的微粒多呈球形。 “备注”
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，梨耕另一金属表面，形成沟槽，使 金属表面受到严重的塑性变形压痕两 侧金属已经破坏，磨料极易使其脱落。
单分子层吸附膜的润滑作用模型
• 在边界摩擦情况 下，当摩擦副表 面相对运动时， 由于两表面上各 自的吸附膜象两 把毛刷相互滑动， 从而避免了金属 摩擦副表面直接 接触，降低了摩 擦系数。起到了 润滑作用。
当边界膜是反应膜时，由于摩 擦主要发生在此熔点低、剪切强度 低的反应膜内，从而有效的防止了 金属摩擦副表面直接接触，也能使 摩擦系数降低。
以断裂为主的假说针对脆性材料，以 脆性断裂为主； 磨料压入和擦划金属表面， 压痕处的金属产生变形，磨料压入的深度 达到临界深度时，随压力而产生的拉伸应 力足以使裂纹产生。 裂纹主要有两种形式， 垂直表面的中间裂纹和从压痕底部向表面 扩展的横向裂纹。
总之，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 状及尺寸大小、固定的程度及载 荷作用下磨料与被磨表面的机械 性能有关。
第二章 汽车零件失效理论
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。
2007年6月
能源与动力工程学院交通运输系
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
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
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汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
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；
2007年6月 能源与动力工程学院交通运输系
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
①以微量切削为主的假说
该假说人为：
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。 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。
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
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。
第二章 汽车零部件失效理论
汽车维修工程习题第二章汽车零部件的失效模式及分析一、名词解释1．汽车零件失效：指汽车在运行过程中，零部件逐渐丧失原有的性能或技术文件所要求的的性能，从而引起汽车技术状况变差，直至不能履行规定的功能。
2．混合摩擦：两摩擦表面间干摩擦、液体摩擦和边界摩擦混合存在的摩擦，称为混合摩擦。
3．磨料磨损：摩擦表面间存在的硬质颗粒引起的磨损，称为磨料磨损。
4．边界摩擦：两摩擦表面被一层极薄的边界膜隔开的摩擦，称为边界摩擦。
5．磨损：零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象，称为零件的磨损。
6．穴蚀：与液体相对运动的固体表面，因气泡破裂产生的局部高温及冲击高压所引起的疲劳剥落现象。
7．疲劳断裂：零件在交变载荷作用下，经过较长时间工作而发生的断裂现象。
8．失效度：产品在规定的条件下，在规定的时间内丧失规定功能（即发生故障）的概率。
9。
粘着磨损：摩擦副相对运动时由于固相焊合接触表面的材料发生转移的现象。
二、填空题1、汽车早期失效期的基本特征是开始时失效率( )。
2、汽车失效类型有（磨损）、（疲劳断裂）、腐蚀、变形、老化。
3、微动磨损一般发生在交变载荷或振动作用的（）配合表面部位。
4、腐蚀按机理不同，可分为（）腐蚀、（）腐蚀。
5、润滑油中加入适量的活性添加剂，可以（）磨合过程，提高磨合质量。
6、引起零件失效的原因分为工作条件、设计制造以及（）。
7、粘接剂的种类有环氧树脂胶、酚醛树脂胶和( )。
8、汽车零部件腐蚀失效分为化学腐蚀失效和( )失效。
9、影响汽车零件磨损的因素有（）、（）、（）。
三、判断题1、低温条件下随着温度下降，汽油粘度、相对密度增加，发动机启动困难（）四、简答题1、什么是干摩擦？其磨损特征是什么？在汽车上，一般将摩擦副表面间完全没有润滑油或其他润滑介质时的摩擦称为干摩擦。
其特征是：摩擦表面直接接触，产生强烈地阻碍摩擦副表面相对运动的分子吸引和机械啮合作用，消耗动力，转化为有害的摩擦热。
伴随着强烈的摩擦副表面磨损。
汽车零部件的失效模式及其分析
扩展的横向裂纹。
总之，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 状及尺寸大小、固定的程度及载 荷作用下磨料与被磨表面的机械
性能有关。
四、粘着磨损及其失效机理
v 定义：摩擦副相对运 动时，由于固相焊合 作用的结果，造成接 触面金属损耗的现象 称为粘着磨损。
v 是缺油或油膜破坏 后发生干摩擦的结果； 是指一个零件表面上 的金属转移到另一个 零件表面上，而产生 的磨损。
第一节汽车零部件失效的概念及分类 一、失效的概念； 二、失效的基本类型； 三、零件失效的基本原因；
一、失效的概念 汽车零部件失去原设计所 规定的功能称为失效。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。
二、失效的基本形式
按失效模式和失效机理对失效进行分
第二章汽车零部件的失效模式及其分析
❖ 难点： ❖ 1.汽车摩擦学-混合摩擦； ❖ 2.粘着磨损；微动磨损； ❖ 3.腐蚀磨损； ❖ 4.提高汽车零件抗疲劳断裂的方法； ❖ 5.基础件析，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。
磨料磨损的失效机理（假说）
以 微 量 切 削 为 主 的 假 说 ；塑 性 金 属 同固定的磨料摩擦时：磨屑呈螺旋形、 弯 曲 形 等 ；在 金 属 表 面 内 发 生 ⑴ 塑 性 挤 压 、形 成 擦 痕 ；⑵ 切 削 金 属 ，形 成 磨 屑 ；
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，梨耕另一金属表面，形成沟槽，使 金属表面受到严重的塑性变形压痕两 侧金属已经破坏，磨料极易使其脱落。
汽车零部件的失效理论
一、汽车零件失效类型 2.汽车零件的失效模式 失效模式就是失效所表现的形式，失效模式具有可变性。汽车零 件的主要失效模式有： （1 ）磨损：包括磨料磨损、黏着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动 磨损等。 （2 ）疲劳断裂：包括高应力低周期疲劳、低应力高周期疲劳、腐蚀 疲劳、热疲劳等。 （3）腐蚀：包括化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀。 （4 ）变形：包括弹性变形、塑性变形，如曲轴的弯曲、扭曲、基础 件（汽缸体、变速器壳体、驱动桥壳）变形等。 （5）老化： 包括龟裂、变硬，如橡胶轮胎、塑料器件的老化。
第二章 汽车零部件的失效理论
第一节 汽车零部件失效概述 第二节 汽车零部件的磨损失效 第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 第四节 汽车零件的变形失效 第五节 汽车零件的腐蚀失效 第六节 汽车零部件失效方法分析
第一节 汽车零部件失效概述
一、汽车零件失效类型 1.失效的分类 汽车整机的失效通常是由某个零部件首先损坏而引发的。而汽车 零件的失效大致有三种形式： ①过量变形，以致在机构中失去功能，如高温工作条件下的螺栓发生
松弛，汽车板簧发生滞后塑性变形失去弹性等；
②磨损或腐蚀造成表面损伤，影响到机构的精度或灵敏度等； ③断裂事故，这往往造成灾难性后果。
根据失效的原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生的时间
以及失效产生的后果，将失效进行不同的分类见表 2-1。
第一节 汽车零部件失效概述
表2-1 失效的分类及定义
第一节 汽车零部件失效概述
第一节 汽车零部件失效概述
二、汽车零件的失效原因 （4）气候条件的影响 ①环境温度的影响。图2-1表明有一个故障率最低的环境气象温度。 图2-2 也表明有一个汽缸磨损最小的冷却液温度。
图2-1汽车故障率与环境温度图 ②环境湿度和风速的影响。 （5）维修水平的影响
第二章 汽车零部件的失效理论
第一节 汽车零部件失效概述 第二节 汽车零部件的磨损失效 第三节 汽车零件的疲劳断裂失效 第四节 汽车零件的变形失效 第五节 汽车零件的腐蚀失效 第六节 汽车零部件失效方法分析
第一节 汽车零部件失效概述
一、汽车零件失效类型 1.失效的分类 汽车整机的失效通常是由某个零部件首先损坏而引发的。而汽车 零件的失效大致有三种形式： ①过量变形，以致在机构中失去功能，如高温工作条件下的螺栓发生
松弛，汽车板簧发生滞后塑性变形失去弹性等；
②磨损或腐蚀造成表面损伤，影响到机构的精度或灵敏度等； ③断裂事故，这往往造成灾难性后果。
根据失效的原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生的时间
以及失效产生的后果，将失效进行不同的分类见表 2-1。
第一节 汽车零部件失效概述
表2-1 失效的分类及定义
第一节 汽车零部件失效概述
第一节 汽车零部件失效概述
二、汽车零件的失效原因 （4）气候条件的影响 ①环境温度的影响。图2-1表明有一个故障率最低的环境气象温度。 图2-2 也表明有一个汽缸磨损最小的冷却液温度。
图2-1汽车故障率与环境温度图 ②环境湿度和风速的影响。 （5）维修水平的影响
汽车维修工程课件 第二章 汽车失效理论
No.10044
（二）使用条件对汽车零件技术状况的影响
汽车行驶的道路条件、运行条件、运输条件、气 候条件和使用水平等汽车外部条件，都会直接地或 由驾驶员通过操纵控制系统传送给汽车零件，使汽 车零件产生“响应”而改变了状况；然后由汽车运 行速度、燃料消耗、发动机排放、异响与振动、故 障率以及配件消耗等可变参数输出，表现出汽车零 件失效的状况。
第四节 汽车零部件腐蚀失效
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％的零件因腐蚀而失效。
略
No.10044
第五节 汽车零部件变形失效
一、汽车零件变形失效的概念、分类 （一）概念
零件在使用过程中，由于承载或内部应力的作用，使 零件的尺寸和形状改变的现象称为零件的变形。
改善介质条件，用合金化法增加材料的耐腐蚀性；去除残留 拉应力；减小振动次数和振幅；提高硬度和选择合适的配合副； 适当的润滑；表面硫化、磷化处理或镀层
有反应物生成（形成膜、颗粒）
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5. 微动磨损
定义
产生机理
减小磨损措 施
表面特征
零件过盈配合表面相对低振幅的振动而引起表面复合磨损出现 材料损失的现象
刮伤、沟槽擦伤
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3. 疲劳磨损
定义 发生条件
分类
产生机理
减小 磨损措施 表面特征
在交变载荷作用下，零件表层产生疲劳剥落的现象
主要发生在纯滚动及滚动与滑动并存的摩擦状态下，如齿轮齿面等
非扩展性疲劳磨损：周期性的接触压应力作用，摩擦表面上 出现小麻点，随着接触面积的扩大，单位接触面积降低，小麻点 停止扩大；扩展性疲劳磨损：材料塑性较差时，在接触表面作用 有较大的压应力，使表面产生小裂纹，并扩展而使金属脱落，形 成小麻点和扩展成凹坑，使零件不能继续工作
汽车维修工程(第2版)(第二章)
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2-3 汽车零件的疲劳断裂失效
载荷的类型、应力集中和名义应力的大小对疲劳断口宏观形态的影 响见表2-8。
2.3.4 提高汽车零件抗疲劳断裂的方法
1.延缓疲劳裂纹萌生时间 其方法有强化金属合金表面，控制表面的不均匀滑移（如表面滚压 、喷丸以及表面热处理等）。 细化材料晶粒可提高疲劳强度极限； 采用热处理方法使晶界呈锯齿状或使晶粒定向排列并与受力方向垂 直，以防晶界成为疲劳裂纹扩展的通道。 另外，提高金属材料的纯洁度，减小夹杂物尺寸以及提高零件表面 完整性设计水平，尽量避免应力集中的现象等，都是抑制或推迟疲劳裂 纹产生的有效途径。
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2-1 汽车零部件失效概述
2.汽车零件常见的失效模式 所谓失效模式就是失效所表现的形式。 汽车零件常见的失效模式类型见表2-2。 而汽车零件的主要失效模式则有零件的磨损、变形、疲劳损坏、热 损坏和老化、腐蚀损坏等。 （1）磨损。包括磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、 微动磨损。 （2）疲劳断裂。包括高应力低周期疲劳、低应力高周期疲劳、 腐蚀疲劳、热疲劳等。 （3）腐蚀。包括化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀等。 （4）变形。包括弹性变形、塑性变形等。 （5）老化。包括龟裂、变硬，如橡胶轮胎、塑料器件的老化。
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2-3 汽车零件的疲劳断裂失效
2.3.1 疲劳断裂失效的分类
疲劳断裂失效的分类见表2-7。 而根据零件的特点及破坏时总的应力循环次数，疲劳失效可按图24所示分类。对于不同类型的疲劳失效，其分析方法是不同的。 汽车零件一般多为低应力高周疲劳断裂。
2.3.2 疲劳断裂失效机理
金属零件疲劳断裂实质上是一个累积损伤过程，大体上可划分为 滑移、裂纹成核、微裂纹扩展、宏观裂纹扩展、最终断裂几个过程。 图2-5 延性金属中由外载荷作用造成的滑移； 图2-6 疲劳裂纹扩展的两个阶段。
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2007年6月 能源与动力工程学院交通运输系
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
§2-2 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。
一、汽车零部件失效类型
⑴磨损：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、 腐蚀磨损、微动磨损； 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； ⑸老化：龟裂、变硬。
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。
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汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
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。
2007年6月 能源与动力工程学院交通运输系
汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
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。
导致零部件失效的物理、化学或机械的变化原因。
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汽车维修 工程 精品课程 第二章
汽车零件失效理论
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。
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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。
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②以疲劳破坏为主的假说 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。 滚动接触疲劳破坏产生的微粒多呈球形。 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；
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。
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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。
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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
压痕两侧金属已经受到破坏，其它磨料很容易使其脱落。
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3.汽车零件磨损失效分析
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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。 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。
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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。
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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；
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①以微量切削为主的假说
该假说人为：
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。 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。
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⑷混合摩擦 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。 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。
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⑶边界摩擦
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=10-10 m ）、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。 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。
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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。
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Байду номын сангаас
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；（案例：巴盟噔口农用车转向节 指轴断裂） 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。 ⑷零件耗损：磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀、老化。
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3）磨料磨损的特点
V
KWL 3 y
KWL 3H
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。
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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；
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§2-2 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。
一、汽车零部件失效类型
⑴磨损：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、 腐蚀磨损、微动磨损； 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； ⑸老化：龟裂、变硬。
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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②以疲劳破坏为主的假说 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。 滚动接触疲劳破坏产生的微粒多呈球形。 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；
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。
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7）汽车的可靠性变差，使汽车因故障停驶的时间增加。
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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
压痕两侧金属已经受到破坏，其它磨料很容易使其脱落。
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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。 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。
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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。
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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；
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①以微量切削为主的假说
该假说人为：
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。 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。
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⑶边界摩擦
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=10-10 m ）、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。 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。
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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。
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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；（案例：巴盟噔口农用车转向节 指轴断裂） 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。 ⑷零件耗损：磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀、老化。
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V
KWL 3 y
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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。
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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；