汽车零件失效理论精选PPT.ppt

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1、汽车零件失效理论2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第1页，此课件共113页哦第二章第二章 汽车零部件失效理论汽车零部件失效理论要点要点:1、汽车零部件失效的概念、分类及原因、汽车零部件失效的概念、分类及原因 2、汽车零部件失效机理、特征及规律、汽车零部件失效机理、特征及规律 3、提高汽车可靠性和使用寿命的途径、提高汽车可靠性和使用寿命的途径 2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第2页，此课件共113页哦2-1 汽车失效规律汽车失效规律技术状况参数技术状况参数：评价汽车使用性能的物理量和化学量。如发动机：评价汽车使用性能的物理量和化学量。如发动机的输出功率、转矩、油耗、排放，汽车噪

2、声和踏板自由行程等。的输出功率、转矩、油耗、排放，汽车噪声和踏板自由行程等。一、汽车技术状况一、汽车技术状况1.汽车技术状况概述汽车技术状况概述 汽车技术状况是指能够定量测得的、表征某一时刻汽车外观汽车技术状况是指能够定量测得的、表征某一时刻汽车外观和性能的参数值的总和。和性能的参数值的总和。表征汽车技术状况的参数表征汽车技术状况的参数结构参数结构参数：表征汽车结构的各种特性的物理量。如几何尺寸、：表征汽车结构的各种特性的物理量。如几何尺寸、声学、电学和热学参数等。声学、电学和热学参数等。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第3页，此课件共113页哦汽车技术状况的表述汽车技术状况的表述汽

3、车完好技术状况汽车完好技术状况 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。参数值都符合技术文件的规定。汽车不良技术状况汽车不良技术状况 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：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；主要使用性能指标不符合技术文件的规定；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

4、参数值不符合技术文件的规定，且不影响汽车完全发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。挥自身的功能。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第4页，此课件共113页哦2.汽车的工作能力与汽车故障汽车的工作能力与汽车故障汽车的工作能力汽车的工作能力 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。力，称为汽车的工作能力。汽车故障汽车故障 汽车故障是指汽车部分或完全丧失工作能力的现象。汽车故障是指汽车部分或完全丧失工作能力的现象。只要汽车的工作能力遭到破坏，汽车就处于故障状态。如汽车的只要汽

5、车的工作能力遭到破坏，汽车就处于故障状态。如汽车的油耗或排放超出了技术文件的规定，汽车虽然仍可继续行使，但它是油耗或排放超出了技术文件的规定，汽车虽然仍可继续行使，但它是处于故障状态的。处于故障状态的。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第5页，此课件共113页哦3.汽车技术状况变化的外观特征汽车技术状况变化的外观特征1）汽车动力性变差。（功率、加速时间）汽车动力性变差。（功率、加速时间）2）汽车燃料消耗量和润滑油消耗量显著增加。）汽车燃料消耗量和润滑油消耗量显著增加。3）汽车制动性能变差。）汽车制动性能变差。4）汽车操纵稳定性能变差。）汽车操纵稳定性能变差。5）汽车排放和噪声超限。）汽

6、车排放和噪声超限。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）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。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。）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第6页，此课件共113页哦二、汽车零部件失效规律二、汽车零部件失效规律1.失效的概念失效的概念失效失效 汽车零部件失去原设计规定的功能成为失效。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

7、，继续使用会失去可靠性和安全性的零部件。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。失效模式失效模式 是指失效件的宏观特征。是指失效件的宏观特征。失效机理失效机理 导致零部件失效的物理、化学或机械的变化原因。导致零部件失效的物理、化学或机械的变化原因。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第7页，此课件共113页哦 2.汽车技术状况的变化类型汽车技术状况的变化类型 渐进型渐进型 汽车技术状况的参数是随行使里程或时间作单调变化的，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。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

8、维修来防止故障的对于渐进性故障，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。中杂质的含量都按这一规律变化。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第8页，此课件共113页哦 突发型突发型 汽车技术状况的变化过程是随机的，没有确定的形式，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无规

9、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。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。和汽车过去的工作状况无关。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第9页，此课件共113页哦三、汽车失效的原因三、汽车失效的原因设计制造：设计制造：设计不合理、制造工艺不

10、当、材料选择不当、加设计不合理、制造工艺不当、材料选择不当、加工及配合精度不够等；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）（案例：巴盟噔口农用车转向节指轴断裂）使用与维修使用与维修：超载、超速、润滑效果不良、滤清效果不好、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。不当等。工作条件：工作条件：1）道路条件的影响）道路条件的影响 路面的平整度；路面的平整度；2）运行条件的影响）运行条件的影响 交通流量；交通流量；3）运输条件的影响）运输条件的影响 作业性质；作业性质；

11、4）气候条件的影响）气候条件的影响 环境温度、湿度和风速。环境温度、湿度和风速。零件耗损：零件耗损：磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀、老化。磨损、变形、疲劳断裂、腐蚀、老化。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第10页，此课件共113页哦2-2 汽车零部件失效分析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、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。特征和规律，其目的是提高汽车的可靠性和使用寿命。磨损磨损：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损；腐蚀磨损、微

12、动磨损；老化：老化：龟裂、变硬。龟裂、变硬。一、汽车零部件失效类型一、汽车零部件失效类型变形：变形：弹性变形和塑性变形；弹性变形和塑性变形；疲劳断裂：疲劳断裂：高应力低周疲劳、低应力高周疲劳、腐蚀疲劳、高应力低周疲劳、低应力高周疲劳、腐蚀疲劳、热疲劳；热疲劳；腐蚀：腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀；化学腐蚀、电化学腐蚀、穴蚀；2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第11页，此课件共113页哦二、汽车零件摩擦基础知识二、汽车零件摩擦基础知识1.概念概念 两物体之间相互运动，使其接触表面产两物体之间相互运动，使其接触表面产 生运动阻力的现生运动阻力的现 象称为摩擦。象称为摩擦。2.分类分类 按

13、零件表面润滑状态的不同，摩擦可分为以下四种类型。按零件表面润滑状态的不同，摩擦可分为以下四种类型。固体摩擦（干摩擦）固体摩擦（干摩擦）摩擦副之间完全没有润滑介质时的摩擦。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，汽车上除了面急剧磨损；所以，汽车上除了有意加以利用有意加以利用的特殊场合外，一般不的特殊场合外，一般不希望发生干摩擦。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

14、和边界摩擦为主；曲轴轴径和轴承之间，在工作过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程中受冲击载荷作用时会出现干摩擦。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第12页，此课件共113页哦流体摩擦（液体摩擦）流体摩擦（液体摩擦）相对运动的摩擦副表面不直接接触，而是被一层厚度为相对运动的摩擦副表面不直接接触，而是被一层厚度为1.52.0m的润滑油膜完全隔开的摩擦。的润滑油膜完全隔开的摩擦。处于流体摩擦状态下的摩擦副，其摩擦阻力很小处于流体摩擦状态下的摩擦副，其摩擦阻力很小（k=0.0010.008），因此零件的磨损也非常轻微。），因此零件的磨损也

15、非常轻微。汽车上大部分摩擦副在正常状态下都处于流体摩擦。汽车上大部分摩擦副在正常状态下都处于流体摩擦。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第13页，此课件共113页哦边界摩擦边界摩擦 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。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。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，直径，1个分子直径个分子直径=10-10 m）、具有特殊性质

16、的润滑油膜所隔）、具有特殊性质的润滑油膜所隔开的摩擦。开的摩擦。当流体摩擦的润滑油膜形成的条件不断恶化时（当流体摩擦的润滑油膜形成的条件不断恶化时（如润滑油粘度如润滑油粘度变低、摩擦副表面相对运动速度持续降低或外载荷不断增大变低、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。流体摩擦将逐渐演变为边界摩擦。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第14页，此课件共113页哦 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。摩擦。混合摩擦混合摩擦 把零件的摩擦分为干摩擦、流体摩擦和边界摩擦只是为了

17、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。条件的变化而变化。如如：长时间停车后重新起动的发动机，其气缸：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。壁与活塞环摩擦副表面之间的摩擦。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第15页，此课件共113页哦三、汽车零件磨损三、汽车零件磨损1.汽车零件磨损的概念汽车零件磨损的概念 汽车零件的磨损是指

18、零件工作表面的物质由于相对运动而不断耗损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。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；状、尺寸及表面性质的变化，使零件的工作性能逐渐降低；磨损是个十分复杂的现象，它与零件的磨损是个十分复杂的现象，它与零件的 材料、形状、硬度、表面材料、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；滑条件）等有关；磨损失效是影

19、响汽车零件可靠性的主要因素，汽车上大约有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 的零的零件是由于磨损而报废的。件是由于磨损而报废的。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第16页，此课件共113页哦2.汽车零件磨损的分类汽车零件磨损的分类 按照零件的表面破坏机理和特征可将汽车零件的磨损分按照零件的表面破坏机理和特征可将汽车零件的磨损分为为:磨料磨损磨料磨损 粘着磨损粘着磨损 表面疲劳磨损表面疲劳磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损 微动磨损微动磨损 各类磨损的内容及特点如下表。各类磨损的内容及特点如下表。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第17页，此课件共113页哦2007年6

20、月能源与动力工程学院交通运输系第18页，此课件共113页哦3.汽车零件磨损失效分析汽车零件磨损失效分析磨料磨损磨料磨损1）磨料磨损的概念）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。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）磨料磨损的失效机理 磨料磨损机理是属于磨料的机械作用，这种机

21、械作用在很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。效机理，目前存在四种假说。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第19页，此课件共113页哦以微量切削为主的假说以微量切削为主的假说 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据是实

22、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。样，呈螺旋弯曲形。该假说人为：该假说人为：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：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：塑性挤压塑性挤压形成擦痕形成擦痕 切削金属切削金属形成磨屑形成磨屑 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。部分磨料即棱面将切削金属形成切屑。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第20页，此课件共113页哦 滚动接触疲劳破坏产生的微粒多呈球形。滚动接触疲劳破坏产生

23、的微粒多呈球形。以疲劳破坏为主的假说以疲劳破坏为主的假说 压痕两侧金属已经受到破坏，其它磨料很容易使其脱落。压痕两侧金属已经受到破坏，其它磨料很容易使其脱落。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。排除同时存在磨料直接切下金属的过程。以压痕为主的假说以压痕为主的假说 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

24、过程中，压入的磨料犁耕另一金属表面，形成沟槽，使金属表过程中，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；面受到严重的塑性变形；2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第21页，此课件共113页哦 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。断裂过程产生的磨损占主要地位，故磨损率很高。3.汽车零件磨损失效分析以断裂为主的假说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。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

25、表面时，压痕处的金属产生变形，磨料压入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。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。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，所以断裂引起产生脱落、形成磨屑。由于裂纹能超过擦痕

26、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。的材料迁移率可能比塑性变形引起的材料迁移率大得多。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第22页，此课件共113页哦3）磨料磨损的特点）磨料磨损的特点V磨损体积；磨损体积；W法向载荷；法向载荷；L摩擦副表面相对滑移距离；摩擦副表面相对滑移距离；y材料的屈服极限；材料的屈服极限；H摩擦副中较软一方的硬度；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。性质及润滑条件等）有关。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第23页

27、，此课件共113页哦3）磨料磨损的特点）磨料磨损的特点磨损量与摩擦副所承受的发向载荷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、摩擦副之间的相对滑移距离L以及以及磨料的硬度成正比；磨料的硬度成正比；磨损量与摩擦副材料的屈服极限磨损量与摩擦副材料的屈服极限y、硬度、硬度H以及以及摩擦副间的相对摩擦副间的相对滑移速度成反比；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。损量最大。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第24页，此课件共113页哦创造良好的润滑条件。创造良好的润滑条

28、件。4）减轻磨料磨损的措施）减轻磨料磨损的措施对于汽车零件来说，磨料磨损的发生一般处于两种情况：对于汽车零件来说，磨料磨损的发生一般处于两种情况：粗糙的硬表面将软的摩擦副表面划伤；粗糙的硬表面将软的摩擦副表面划伤；由于汽车工作环境所带来的磨料以及摩擦表面脱落并在摩擦中被由于汽车工作环境所带来的磨料以及摩擦表面脱落并在摩擦中被强化了的颗粒所产生的作用。强化了的颗粒所产生的作用。因此，减轻磨料磨损的具体措施有：因此，减轻磨料磨损的具体措施有：汽车零件在设计上应选择合适的耐磨材料；在制造过程中，应尽量汽车零件在设计上应选择合适的耐磨材料；在制造过程中，应尽量提高零件的表面加工质量与硬度。提高零件的表

29、面加工质量与硬度。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第25页，此课件共113页哦4）减轻磨料磨损的措施）减轻磨料磨损的措施在使用与维修中，应设法防止外界磨料进入各总成内部，并在使用与维修中，应设法防止外界磨料进入各总成内部，并进行良好的维护。进行良好的维护。避免汽车在含尘率大的土路上列队行驶；避免汽车在含尘率大的土路上列队行驶；防止燃油、润滑油在存储和运输中混入杂质；防止燃油、润滑油在存储和运输中混入杂质；改善改善“三滤三滤”的滤清质量；的滤清质量；密封曲轴箱、变速器壳体、驱动桥壳体、进气管接头等；密封曲轴箱、变速器壳体、驱动桥壳体、进气管接头等；加强总成装配前的清洁工作。加强总成装配

30、前的清洁工作。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第26页，此课件共113页哦3.汽车零件磨损失效分析汽车零件磨损失效分析粘着磨损粘着磨损1）粘着磨损的概念）粘着磨损的概念 摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成接触面金属耗损的现象，称为粘着磨损。接触面金属耗损的现象，称为粘着磨损。粘着磨损是缺油或油膜被破坏后（大负荷、高温等），发粘着磨损是缺油或油膜被破坏后（大负荷、高温等），发生干摩擦的结果。严重时会使摩擦副咬死，如生干摩擦的结果。严重时会使摩擦副咬死，如“抱轴抱轴”。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第27页，此课件共1

31、13页哦2）粘着磨损的失效机理）粘着磨损的失效机理第一类粘着磨损（冷焊）第一类粘着磨损（冷焊）缺油或油膜被破坏缺油或油膜被破坏零件表面的微凸体直接接触零件表面的微凸体直接接触接触面积小、接触应力大接触面积小、接触应力大当接触应力超过材料的屈服极限时当接触应力超过材料的屈服极限时微凸体塑性变形微凸体塑性变形冷焊粘着冷焊粘着粘着点剪断粘着点剪断再粘着再粘着再剪断再剪断零件表面材料不断耗损。零件表面材料不断耗损。第二类粘着磨损（热磨损）第二类粘着磨损（热磨损）缺油或油膜被破坏缺油或油膜被破坏干摩擦干摩擦摩擦功转化成热量摩擦功转化成热量零件表面接触点温度升高零件表面接触点温度升高接触点软化或熔化接触点

32、软化或熔化粘着粘着剪断剪断再粘着再粘着再剪断再剪断零件表面材料不断耗损。零件表面材料不断耗损。严重时会造成相对运动的停止，如严重时会造成相对运动的停止，如“抱轴抱轴”、“拉缸拉缸”。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第28页，此课件共113页哦3）粘着磨损的特点）粘着磨损的特点w磨损量磨损量V与摩擦副所承受的发向载荷与摩擦副所承受的发向载荷W、摩擦副的相对滑移、摩擦副的相对滑移距离距离L成正比；成正比；w磨损量与摩擦副材料的屈服极限磨损量与摩擦副材料的屈服极限y、硬度、硬度H成反比；成反比；w对于不同的配对材料、不同的润滑条件、不同的表面状况，粘对于不同的配对材料、不同的润滑条件、不同

33、的表面状况，粘着磨损系数着磨损系数K也不相同；也不相同；w磨损量磨损量V与粘着点发生剪切的位置有关：与粘着点发生剪切的位置有关：2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第29页，此课件共113页哦外部粘着：如果粘着点的结合强度比基体金属强度低，剪切将发生在外部粘着：如果粘着点的结合强度比基体金属强度低，剪切将发生在粘着点的界面上，这时，表面材料的转移极其轻微，滑摩面也较平滑，粘着点的界面上，这时，表面材料的转移极其轻微，滑摩面也较平滑，只有轻微的擦伤。只有轻微的擦伤。当气缸与活塞、气门挺柱与凸轮处的润滑油膜遭到破坏时，可当气缸与活塞、气门挺柱与凸轮处的润滑油膜遭到破坏时，可能发生这种情况。能

34、发生这种情况。内部粘着：若粘着点的结合强度比基体金属强度高，剪切将发生内部粘着：若粘着点的结合强度比基体金属强度高，剪切将发生在原子结合力较弱一方的金属内部，这就必然伴随着金属从从在原子结合力较弱一方的金属内部，这就必然伴随着金属从从一个摩擦表面转移到另一个表面，且发生转移的金属量较大。一个摩擦表面转移到另一个表面，且发生转移的金属量较大。气缸与活塞由于发动机过热或装配间隙过小所造成的气缸与活塞由于发动机过热或装配间隙过小所造成的“拉缸拉缸”；曲轴轴径与轴瓦由于缺油或曲轴轴径与轴瓦由于缺油或装配间隙过小所造成的装配间隙过小所造成的“抱轴抱轴”；（案例案例：武川：武川 解放自卸车发动机解放自卸车

35、发动机“抱轴抱轴”）驱动桥主减速器圆锥齿轮因用油不当或调整不佳而造成的剧烈磨损。驱动桥主减速器圆锥齿轮因用油不当或调整不佳而造成的剧烈磨损。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第30页，此课件共113页哦设法减小粘着磨损系数设法减小粘着磨损系数K。w选用不同金属或互溶性小的金属组成摩擦副；选用不同金属或互溶性小的金属组成摩擦副；w选用金属与非金属材料组成摩擦副；选用金属与非金属材料组成摩擦副；w合适的表面粗糙度；合适的表面粗糙度；w创造良好的润滑条件。创造良好的润滑条件。汽车在使用过程中应避免长时间超载运行。汽车在使用过程中应避免长时间超载运行。零件制造时应尽可能提高配合副表面硬度。零件

36、制造时应尽可能提高配合副表面硬度。4）防止或减小粘着磨损的措施）防止或减小粘着磨损的措施2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第31页，此课件共113页哦防止热磨损的发生。防止热磨损的发生。w设法减少摩擦区域形成的热量，使摩擦区域的温度低于设法减少摩擦区域形成的热量，使摩擦区域的温度低于金属热金属热稳定性的临界温度稳定性的临界温度和和润滑油热稳定性的临界温度：润滑油热稳定性的临界温度：在设计上，采取摩擦区域强制冷却的结构；在设计上，采取摩擦区域强制冷却的结构；在维修中，注意摩擦副的配合间隙；在维修中，注意摩擦副的配合间隙；走合期要低速轻载；走合期要低速轻载；采用合适的润滑剂和表面化学处理形

37、成表面膜。采用合适的润滑剂和表面化学处理形成表面膜。（磷化、镀铜）（磷化、镀铜）w设法提高金属热稳定性和润滑油热稳定性，选用热稳定性高的合金钢设法提高金属热稳定性和润滑油热稳定性，选用热稳定性高的合金钢并进行正确的热处理。并进行正确的热处理。3.汽车零件磨损失效分析4）防止或减小粘着磨损的措施）防止或减小粘着磨损的措施2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第32页，此课件共113页哦1）疲劳磨损的概念）疲劳磨损的概念 两接触表面在交变接触压应力的作用下，材料两接触表面在交变接触压应力的作用下，材料表面因疲劳而产生物质损失的现象。表面因疲劳而产生物质损失的现象。汽车上较易出现该类磨损的配合副

38、通常有：齿汽车上较易出现该类磨损的配合副通常有：齿轮副、凸轮副、滚动轴承以及巴氏合金轴承表面材轮副、凸轮副、滚动轴承以及巴氏合金轴承表面材料的疲劳剥落等。这些摩擦副共同的工作特点是：料的疲劳剥落等。这些摩擦副共同的工作特点是：摩擦表面的相对运动形式为摩擦表面的相对运动形式为滚动滚动或或滚动滚动+滑动。滑动。3.汽车零件磨损失效分析汽车零件磨损失效分析疲劳磨损疲劳磨损2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第33页，此课件共113页哦2）疲劳磨损的失效机理）疲劳磨损的失效机理 表面疲劳磨损是表面疲劳磨损是疲劳疲劳和和摩擦摩擦共同作用的结果，共同作用的结果，其失效过程可分为两个阶段：首先是其失效

39、过程可分为两个阶段：首先是疲劳核心裂纹疲劳核心裂纹的形成的形成，然后是，然后是疲劳裂纹的发展疲劳裂纹的发展，直至材料微粒的，直至材料微粒的脱落。脱落。对于表面疲劳磨损初始裂纹的形成有以下三种对于表面疲劳磨损初始裂纹的形成有以下三种理论。理论。最大剪应力理论最大剪应力理论油楔理论油楔理论过渡区理论过渡区理论2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第34页，此课件共113页哦 在纯滚动状态下，由于接触表面弹性变形在纯滚动状态下，由于接触表面弹性变形的结果，最大压应力发生在表面上，而的结果，最大压应力发生在表面上，而最大剪应力发生在表面以下最大剪应力发生在表面以下0.393B处，即处，即次表层内。

40、次表层内。最大剪应力理论最大剪应力理论裂纹起源次表层裂纹起源次表层 在载荷的反复作用下，裂纹首先在此附近发生，并沿在载荷的反复作用下，裂纹首先在此附近发生，并沿最大剪应力方向最大剪应力方向扩展到表面，形成磨损微粒脱落。（磨屑形状多为扇形，在摩擦表面上留下扩展到表面，形成磨损微粒脱落。（磨屑形状多为扇形，在摩擦表面上留下各种形状的各种形状的“痘斑痘斑”状点坑）。状点坑）。裂纹的产生一般都是由于在剪应裂纹的产生一般都是由于在剪应力作用下，因塑性变形而引起的，如力作用下，因塑性变形而引起的，如图所示。图所示。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第35页，此课件共113页哦若摩擦表面的相对运动为

41、若摩擦表面的相对运动为“滚动滚动+滑动滑动”时，则表面以下的剪应力分布应为时，则表面以下的剪应力分布应为纯滚动与纯滑动剪应力分布的复合纯滚动与纯滑动剪应力分布的复合状态，即最大剪应力的位置随着滑状态，即最大剪应力的位置随着滑动分量的增加向表层移动，则破坏动分量的增加向表层移动，则破坏位置也随之向表层移动。位置也随之向表层移动。最大剪应力理论最大剪应力理论裂纹起源次表层裂纹起源次表层 有时，真实零件表层中的原始裂纹不一定在最大剪应力区产生，有时，真实零件表层中的原始裂纹不一定在最大剪应力区产生，而可能发生于表面以下的有杂质、孔隙、微观裂纹或其他内部缺陷而可能发生于表面以下的有杂质、孔隙、微观裂纹

42、或其他内部缺陷等薄弱环节处。等薄弱环节处。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第36页，此课件共113页哦 在滚动在滚动+滑动的接触过程中：滑动的接触过程中：外载荷、表层应力、摩擦力外载荷、表层应力、摩擦力表层表层塑性变形塑性变形表面硬化表面硬化初始裂初始裂纹纹沿与表沿与表层层小于小于45夹角扩展夹角扩展油油楔作用楔作用扩展扩展脱落。脱落。在接触表面留下深浅不同的麻在接触表面留下深浅不同的麻点剥落坑，其深度一般点剥落坑，其深度一般为为0.10.2mm.油楔理论油楔理论裂纹起源于摩擦表面裂纹起源于摩擦表面2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第37页，此课件共113页哦 表层经过强化处

43、理的零件（渗碳、淬火等），其接触表层经过强化处理的零件（渗碳、淬火等），其接触疲劳裂纹往往出现在疲劳裂纹往往出现在硬化层与芯部过渡区。硬化层与芯部过渡区。这是因为该区这是因为该区域所承受的剪切应力较大，而材料的抗剪切强度较低。域所承受的剪切应力较大，而材料的抗剪切强度较低。实验表明，只要该处实验表明，只要该处承受的剪切应力与材料的抗剪切承受的剪切应力与材料的抗剪切强度之比大于强度之比大于0.55时时，就有可能在过渡区形成初始裂纹，就有可能在过渡区形成初始裂纹，裂纹平行于表面扩展后，再垂直向表面发展而出现表层大裂纹平行于表面扩展后，再垂直向表面发展而出现表层大块状脱落。块状脱落。一般地讲，当硬化

44、层深度不合理、芯部强度过低、过一般地讲，当硬化层深度不合理、芯部强度过低、过渡区存在不利的残余应力时，容易在渡区存在不利的残余应力时，容易在硬化层与芯部过渡区硬化层与芯部过渡区产生裂纹。产生裂纹。2）疲劳磨损的失效机理）疲劳磨损的失效机理过渡区理论过渡区理论裂纹起源于硬化层与芯部过渡区裂纹起源于硬化层与芯部过渡区2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第38页，此课件共113页哦 材料：材料：零件材料中含有非金属杂质，特别是脆性夹杂物（如氧化零件材料中含有非金属杂质，特别是脆性夹杂物（如氧化铝、硅酸盐、氮化物等）时，零件表面易产生疲劳裂纹。（夹铝、硅酸盐、氮化物等）时，零件表面易产生疲劳裂纹

45、。（夹杂物与基体的交界处引起应力集中）杂物与基体的交界处引起应力集中）3）影响表面疲劳磨损的因素）影响表面疲劳磨损的因素 表面疲劳磨损与零件的表面疲劳磨损与零件的材料材料、热处理的金相组织热处理的金相组织、表面粗糙度表面粗糙度、接触精度接触精度以及以及润滑状况润滑状况等有关。等有关。强度与硬度：强度与硬度：零件材料的抗断裂强度愈大、硬度愈高，其抗疲零件材料的抗断裂强度愈大、硬度愈高，其抗疲 劳磨损能力愈强。劳磨损能力愈强。强化层厚度强化层厚度：零件的强化层厚度要合理，使最大剪应力发生在：零件的强化层厚度要合理，使最大剪应力发生在 强化层内（强化层内（0.393B），可提高抗疲劳磨损能力。），可

46、提高抗疲劳磨损能力。表面粗糙度表面粗糙度愈小、愈小、接触精度接触精度愈高，其抗疲劳磨损能力愈强。愈高，其抗疲劳磨损能力愈强。润滑油粘度润滑油粘度较高时，由于接触面压应力近乎均匀，同时油较高时，由于接触面压应力近乎均匀，同时油 液液 不易渗入裂纹，从而提高了零件表面抗疲劳磨损能力。不易渗入裂纹，从而提高了零件表面抗疲劳磨损能力。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第39页，此课件共113页哦1）腐蚀磨损的概念）腐蚀磨损的概念 零件表面在摩擦过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学零件表面在摩擦过程中，表面金属与周围介质发生化学或电化学反应，而出现物质损失的现象称为腐蚀磨损。反应，而出现物

47、质损失的现象称为腐蚀磨损。腐蚀磨损是腐蚀和摩擦共同作用的结果；其表现的状态与介质腐蚀磨损是腐蚀和摩擦共同作用的结果；其表现的状态与介质的性质、介质作用在摩擦表面上的状态以及摩擦材料的性能有关。的性质、介质作用在摩擦表面上的状态以及摩擦材料的性能有关。2）腐蚀磨损的类型）腐蚀磨损的类型 腐蚀磨损通常分为腐蚀磨损通常分为氧化磨损氧化磨损、特殊介质腐蚀磨损特殊介质腐蚀磨损、气蚀气蚀及及氢致氢致磨损磨损。3.汽车零件磨损失效分析汽车零件磨损失效分析腐蚀磨损腐蚀磨损2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第40页，此课件共113页哦氧化磨损氧化磨损 氧化磨损普遍存在于摩擦副中，其损坏特征是在金属零件的

48、氧化磨损普遍存在于摩擦副中，其损坏特征是在金属零件的摩擦表面上沿滑动方向呈现均匀细微的磨痕（如曲轴轴颈、气缸、摩擦表面上沿滑动方向呈现均匀细微的磨痕（如曲轴轴颈、气缸、活塞销、齿轮啮合表面、滚珠或滚柱轴承等零件都会产生氧化磨活塞销、齿轮啮合表面、滚珠或滚柱轴承等零件都会产生氧化磨损）。损）。氧化磨损的磨损率在各种磨损中是最小的，且氧化膜的生成还氧化磨损的磨损率在各种磨损中是最小的，且氧化膜的生成还有利于防止粘着磨损。有利于防止粘着磨损。失效机理：失效机理：由于金属材料表面与空气或润滑油中的氧相互作用，使金属由于金属材料表面与空气或润滑油中的氧相互作用，使金属表面生成单分子层氧化膜（表面生成单分

49、子层氧化膜（当零件相对运动时，金属表面和周围介质之间当零件相对运动时，金属表面和周围介质之间相互作用的活性迅速增加，表面上形成氧化膜的速度更快相互作用的活性迅速增加，表面上形成氧化膜的速度更快）。如果摩擦）。如果摩擦表面微凸体上的氧化膜由于摩擦遭到破坏而脱落，那么在下一次摩表面微凸体上的氧化膜由于摩擦遭到破坏而脱落，那么在下一次摩擦接触前又形成新的氧化膜，这样反复进行而使零件表面产生氧化擦接触前又形成新的氧化膜，这样反复进行而使零件表面产生氧化磨损。磨损。2007年6月能源与动力工程学院交通运输系第41页，此课件共113页哦 影响氧化磨损的因素影响氧化磨损的因素 影响氧化磨损的因素有摩擦副的滑

50、动速度、接触载影响氧化磨损的因素有摩擦副的滑动速度、接触载荷、氧化膜的硬度、介质中的含氧量、润滑条件以及材料荷、氧化膜的硬度、介质中的含氧量、润滑条件以及材料性能等。性能等。w在载荷不变的条件下，氧化磨损量随滑动速度变化而变化。磨损类型也在载荷不变的条件下，氧化磨损量随滑动速度变化而变化。磨损类型也在氧化磨损和粘着磨损之间相互转化。在氧化磨损和粘着磨损之间相互转化。w当载荷超过某一临界值时，磨损量随载荷的增大而急剧增加，当载荷超过某一临界值时，磨损量随载荷的增大而急剧增加，其磨损类型也由氧化磨损转化为粘着磨损。其磨损类型也由氧化磨损转化为粘着磨损。w介质含氧量会直接影响磨损率，金属在还原性气体