汽車零部件失效分析

周媚　陳勇

摘 要：隨著汽車的不斷普及和機械設備事故的頻發，汽車的安全性和可靠性逐漸成為人們關注的焦點。論文通過研究汽車零部件失效的類型，喪失功能的原因、特征和規律，提出相應的改進和預防措施，為汽車制造部門提供便于改進制造工藝和汽車設計的反饋信息，進而提高汽車可靠性、使用壽命和維修質量。

關鍵詞：汽車零部件；失效模式；磨損

1.汽車零部件失效的概述

1.1汽車零部件失效的概念

所謂失效是指汽車零部件失去原設計所規定的功能，導致汽車技術狀況變差，包括完全喪失原定功能，功能降低和嚴重損傷等，如果繼續使用將會失去安全性和可靠性。因為汽車零部件的技術狀況會隨著零部件的使用過程逐漸發生變化，因此通過分析汽車零部件的性能惡化過程，然后有針對性的采取改進措施，對于維持汽車的技術水平具有非常重要的作用。

1.2汽車零部件失效的分類

汽車零部件按失效模式分類可以分為：一是磨損，包括粘著磨損、表面疲勞磨損、磨料磨損、微動磨損、腐蝕磨損，如齒輪表面和滾動軸承便面的麻點、曲軸“抱軸”等。二是疲勞斷裂，包括低應力高周疲勞、高應力低疲勞周疲勞、熱疲勞、腐蝕疲勞，如齒輪輪齒折斷、曲軸斷裂等。三是腐蝕，包括化學腐蝕、穴蝕、電化學腐蝕，如濕式汽缸套外壁麻點。四是變形，包括過量彈性變形、過量塑性變形和蠕變，如曲軸彎曲、基礎件變形等。五是老化，如橡膠輪胎、塑料器件龜裂、變硬等。 失效模式是研究汽車零部件失效的關鍵，同一個零件可能同時存在集中失效模式。

2.汽車零部件失效的原因

2.1設計制造方面的原因

汽車零部件的設計制造不合理是造車汽車零部件早期失效的主要原因之一。如汽車零部件的材料選擇方面，我國GB5216標準規定的齒輪鋼淬透性帶寬為12HRC，而美國休斯通用公司為8HRC，日本小松為5HRC，遠遠不及國外汽車生產企業的標準要求。如汽車零部件的設計方面，軸的臺階處直角過渡、過小的圓角半徑、尖銳的棱邊等造成的應力集中處，都會成為汽車零部件破壞的成因。

2.2工作條件方面的原因

汽車零部件失效工作條件方面的原因主要包括：一是工作環境，由于汽車零件所在環境介質、工作溫度、潤滑情況、使用狀況等因素的影響，極可能會產生磨損或熱應力引起的熱變形、熱膨脹等失效。二是零件受力狀況，如齒輪輪齒根部所受的彎曲載荷及表面承受的接觸載荷等。

2.3使用維修方面的原因

一是使用方面，如果汽車不重視維修，不能按照規定定期進行檢修，汽車長期處于超載、潤滑不良，頻繁低溫冷啟動等狀態，都會造成汽車零件失效。二是維修方面，主要包括配合情況、汽車維護狀況以及零件修理過程中是否出現損傷或缺陷等問題。

3.汽車零部件磨損失效模式

汽車零部件磨損是指汽車在運行過程中，零件與零件之間、周圍液體或汽車之間的接觸，生產的阻礙運動的效應，它是摩擦效應的一種表現和結果，與零部件所受的應力狀態、材料的組織結構、使用與潤滑條件等因素相關。磨損的發生往往會使得零件的形狀、尺寸以及表面性質等發生變化，從而降低汽車零件的工作性能，但是磨損也有有益的一面，如汽車新零件的磨合，將會增加汽車零件的使用性能。

汽車零部件磨損按表面破壞激勵和特征，可以將其分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等類型。其中，粘著磨損和磨料磨損是汽車零部件磨損的主要形式，其他則是只會出現在某種特定條件下。據相關部門統計有超過3/4的汽車零部件失效或報廢都源于磨損，因此論文中將重點闡述汽車零部件的磨損失效模式。

3.1粘著磨損

粘著磨損主要是由于金屬表面符合過大、溫度過高，破壞了金屬表面的油膜而導致的零部件的摩擦表面直接接觸而發生的粘著，使得零部件表面的金屬轉移到另一個零件表面引起的磨損。造成粘著磨損的原因主要在于材料特性、零部件表面粗糙度、潤滑油、運動速度和單位面積上升壓力等因素，如潤滑油的使用方面，如果能夠保證足夠的潤滑油，以及潤滑油的粘度、工作溫度，則會有效保護零部件表面的氧化膜，延長零部件的使用壽命。

由于摩擦區形成的熱是引起粘著磨損的根本原因，因此一方面可以將摩擦區的溫度降低到潤滑油熱穩定性的臨街溫度和金屬熱穩定性的臨界點，通過減少摩擦區的溫度降低粘著磨損或是在材料的選擇上采用熱穩定性較高的合金鋼；另一方面可以通過改善摩擦區的結構、形狀、尺寸等，減少粘著磨損引起的汽車零部件失效。

3.2磨料磨損

磨料磨損是指魔草表面間存在的硬質顆粒引起的磨損，通常將這些空氣中的灰塵、運動過程中零部件自身脫落的金屬顆粒以及潤滑油中的雜質等稱之為磨料。在各類磨損形式中大約占磨損總消耗的50%，是危害最為嚴重的磨損形式。磨料磨損主要包括：擦痕，如柴油機配油漆的針閥偶件；磨料進入齒面間的疲勞剝落或磨料進入軸承間極易發生的塑性擠壓。

空氣中的塵沙和沙粒是造成汽車磨損，尤其是汽車發動機磨損的主要原因，因此可以采用潤滑油濾清，經常清洗機油濾清器等方面提高零部件表面的硬度，從而增強零部件的耐磨性。同時，當材料表面的硬度是磨料硬度的1.3倍時時磨料磨損的最小值，磨料尺寸越大，磨損量就會增加，直至達到最大值，所以材料的優選對于減少磨料磨損引起的汽車零部件失效具有顯著的作用。

3.3疲勞磨損

所謂疲勞磨損是指在交變載荷作用下，發生在滾動及滾動與滑動并存的零部件表層產生的剝落現象，如齒輪齒面，一般疲勞磨損可以分為非擴展性疲勞磨損和擴展性疲勞磨損。非擴展型疲勞磨損主要是由于周期性的接觸壓力作用，在摩擦便面產生的麻點，且麻點會隨著單位接觸面積的降低而停止。而擴展性疲勞磨損主要是材料塑性較差是，接觸表面面對較大的壓應力而產生的裂紋，并隨著金屬脫落形成凹坑和小麻點，致使汽車零部件停止工作。疲勞磨損通常是摩擦和疲勞的共同作用的結果，失效過程可以分為疲勞核心裂紋的形成以及疲勞裂紋的發展直至材料微粒的托等兩個階段。

參考文獻：

[1]汽車維修技術/張金柱.北京：機械工業出版社，2005.7

[2]劉寶，魏其龍.機械零部件的失效分析技術[J].兵工自動化，2008.10