汽车零部件失效分析

周媚　陈勇

摘 要：随着汽车的不断普及和机械设备事故的频发，汽车的安全性和可靠性逐渐成为人们关注的焦点。论文通过研究汽车零部件失效的类型，丧失功能的原因、特征和规律，提出相应的改进和预防措施，为汽车制造部门提供便于改进制造工艺和汽车设计的反馈信息，进而提高汽车可靠性、使用寿命和维修质量。

关键词：汽车零部件；失效模式；磨损

1.汽车零部件失效的概述

1.1汽车零部件失效的概念

所谓失效是指汽车零部件失去原设计所规定的功能，导致汽车技术状况变差，包括完全丧失原定功能，功能降低和严重损伤等，如果继续使用将会失去安全性和可靠性。因为汽车零部件的技术状况会随着零部件的使用过程逐渐发生变化，因此通过分析汽车零部件的性能恶化过程，然后有针对性的采取改进措施，对于维持汽车的技术水平具有非常重要的作用。

1.2汽车零部件失效的分类

汽车零部件按失效模式分类可以分为：一是磨损，包括粘着磨损、表面疲劳磨损、磨料磨损、微动磨损、腐蚀磨损，如齿轮表面和滚动轴承便面的麻点、曲轴“抱轴”等。二是疲劳断裂，包括低应力高周疲劳、高应力低疲劳周疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳，如齿轮轮齿折断、曲轴断裂等。三是腐蚀，包括化学腐蚀、穴蚀、电化学腐蚀，如湿式汽缸套外壁麻点。四是变形，包括过量弹性变形、过量塑性变形和蠕变，如曲轴弯曲、基础件变形等。五是老化，如橡胶轮胎、塑料器件龟裂、变硬等。 失效模式是研究汽车零部件失效的关键，同一个零件可能同时存在集中失效模式。

2.汽车零部件失效的原因

2.1设计制造方面的原因

汽车零部件的设计制造不合理是造车汽车零部件早期失效的主要原因之一。如汽车零部件的材料选择方面，我国GB5216标准规定的齿轮钢淬透性带宽为12HRC，而美国休斯通用公司为8HRC，日本小松为5HRC，远远不及国外汽车生产企业的标准要求。如汽车零部件的设计方面，轴的台阶处直角过渡、过小的圆角半径、尖锐的棱边等造成的应力集中处，都会成为汽车零部件破坏的成因。

2.2工作条件方面的原因

汽车零部件失效工作条件方面的原因主要包括：一是工作环境，由于汽车零件所在环境介质、工作温度、润滑情况、使用状况等因素的影响，极可能会产生磨损或热应力引起的热变形、热膨胀等失效。二是零件受力状况，如齿轮轮齿根部所受的弯曲载荷及表面承受的接触载荷等。

2.3使用维修方面的原因

一是使用方面，如果汽车不重视维修，不能按照规定定期进行检修，汽车长期处于超载、润滑不良，频繁低温冷启动等状态，都会造成汽车零件失效。二是维修方面，主要包括配合情况、汽车维护状况以及零件修理过程中是否出现损伤或缺陷等问题。

3.汽车零部件磨损失效模式

汽车零部件磨损是指汽车在运行过程中，零件与零件之间、周围液体或汽车之间的接触，生产的阻碍运动的效应，它是摩擦效应的一种表现和结果，与零部件所受的应力状态、材料的组织结构、使用与润滑条件等因素相关。磨损的发生往往会使得零件的形状、尺寸以及表面性质等发生变化，从而降低汽车零件的工作性能，但是磨损也有有益的一面，如汽车新零件的磨合，将会增加汽车零件的使用性能。

汽车零部件磨损按表面破坏激励和特征，可以将其分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损等类型。其中，粘着磨损和磨料磨损是汽车零部件磨损的主要形式，其他则是只会出现在某种特定条件下。据相关部门统计有超过3/4的汽车零部件失效或报废都源于磨损，因此论文中将重点阐述汽车零部件的磨损失效模式。

3.1粘着磨损

粘着磨损主要是由于金属表面符合过大、温度过高，破坏了金属表面的油膜而导致的零部件的摩擦表面直接接触而发生的粘着，使得零部件表面的金属转移到另一个零件表面引起的磨损。造成粘着磨损的原因主要在于材料特性、零部件表面粗糙度、润滑油、运动速度和单位面积上升压力等因素，如润滑油的使用方面，如果能够保证足够的润滑油，以及润滑油的粘度、工作温度，则会有效保护零部件表面的氧化膜，延长零部件的使用寿命。

由于摩擦区形成的热是引起粘着磨损的根本原因，因此一方面可以将摩擦区的温度降低到润滑油热稳定性的临街温度和金属热稳定性的临界点，通过减少摩擦区的温度降低粘着磨损或是在材料的选择上采用热稳定性较高的合金钢；另一方面可以通过改善摩擦区的结构、形状、尺寸等，减少粘着磨损引起的汽车零部件失效。

3.2磨料磨损

磨料磨损是指魔草表面间存在的硬质颗粒引起的磨损，通常将这些空气中的灰尘、运动过程中零部件自身脱落的金属颗粒以及润滑油中的杂质等称之为磨料。在各类磨损形式中大约占磨损总消耗的50%，是危害最为严重的磨损形式。磨料磨损主要包括：擦痕，如柴油机配油漆的针阀偶件；磨料进入齿面间的疲劳剥落或磨料进入轴承间极易发生的塑性挤压。

空气中的尘沙和沙粒是造成汽车磨损，尤其是汽车发动机磨损的主要原因，因此可以采用润滑油滤清，经常清洗机油滤清器等方面提高零部件表面的硬度，从而增强零部件的耐磨性。同时，当材料表面的硬度是磨料硬度的1.3倍时时磨料磨损的最小值，磨料尺寸越大，磨损量就会增加，直至达到最大值，所以材料的优选对于减少磨料磨损引起的汽车零部件失效具有显著的作用。

3.3疲劳磨损

所谓疲劳磨损是指在交变载荷作用下，发生在滚动及滚动与滑动并存的零部件表层产生的剥落现象，如齿轮齿面，一般疲劳磨损可以分为非扩展性疲劳磨损和扩展性疲劳磨损。非扩展型疲劳磨损主要是由于周期性的接触压力作用，在摩擦便面产生的麻点，且麻点会随着单位接触面积的降低而停止。而扩展性疲劳磨损主要是材料塑性较差是，接触表面面对较大的压应力而产生的裂纹，并随着金属脱落形成凹坑和小麻点，致使汽车零部件停止工作。疲劳磨损通常是摩擦和疲劳的共同作用的结果，失效过程可以分为疲劳核心裂纹的形成以及疲劳裂纹的发展直至材料微粒的托等两个阶段。

参考文献：

[1]汽车维修技术/张金柱.北京：机械工业出版社，2005.7

[2]刘宝，魏其龙.机械零部件的失效分析技术[J].兵工自动化，2008.10