零件失效形式及生产机理研究论文

机械零件的失效是指零件在使用过程中，零件部分或完全丧失了设计功能。零件完全被破坏不能继续工作；或零件已严重损坏，若继续工作将失去安全；或虽能安全工作，但已失去设计精度等现象都属于失效。为了预防零件失效，需对零件进行失效分析，即通过判断零件失效形式、确定零件失效机理和原因，有针对性地进行选材、确定合理的加工路线，提出预防失效的措施。1、机械零件失效形式机械零件常见的失效方式可以分为三种类型：过量变形失效、断裂失效和表面损伤失效。(1)过量变形失效：零件因变形量过大超过允许范围而造成的失效。它主要包括过量弹性变形、塑性变形和高温下发生的蠕变等失效形式。(2)断裂失效：因零件承载过大或疲劳损伤等原因而导致分离为互不相连的两个或两个以上部分的现象。断裂是最严重的失效形式，它包括韧性断裂失效、低温脆性断裂失效、疲劳断裂失效、蠕变断裂失效和环境破断失效等几种形式。(3)表面损伤失效：零件工作时由于表面的相对摩擦或受到环境介质的腐蚀在零件表面造成损伤或尺寸变化而引起的失效。它主要包括表面磨损失效、腐蚀失效、表面疲劳失效等形式。需要指出，同一种机械零件在工作中往往不只是一种失效方式起作用。但是，一般造成零件失效时总是一种方式起主导作用。失效分析的核心问题就是要找出主要的失效方式。2、机械零件失效的原因引起机械零件失效的因素很多且较为复杂，涉及零件的结构设计、材料选择、材料的加工制造、产品的装配及使用保养等多个方面。(1)设计不合理：主要是指零件结构和形状不正确或不合理，如零件存在缺口、小圆弧转角、不同形状过渡区等。另一方面是指对零件的工作条件、过载情况估计不足，造成零件实际工作能力不足，致使零件早期失效。(2)选材不合理：设计中对零件失效的形式判断错误，所选的材料性能不能满足工作条件需要；选材所依据的性能指标不能反映材料对实际失效形式的抗力，选择了错误的材料；所选用的材料质量太差，成分或性能不合格导致不能满足设计要求等都属于选材不合理。(3)加工工艺不合理：零件的加工工艺不当，可能会产生各种缺陷，导致零件在使用过程中较早地失效。如热加工过程中出现过热、过烧和带状组织；热处理过程中出现脱碳、变形、开裂；冷加工过程出现较深的刀痕、磨削裂纹等。(4)安装使用不当：装配和安装过程不符合技术要求，如安装时配合过紧、过松，对中不准，固定不稳等都可能导致零件不能正常工作或过早出现失效；此外，使用过程中违章操作、超载、超速、不按时维修和保养等也会造成零件过早出现失效。

汽车零件失效的五种形式： 一、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磨损，它包括物理的、化学的、机械的、冶金的综合作用。对于一个表面的磨损，可能是由于单独的磨损机理造成的，也可能是由于综合的磨损机理造成的。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。 二、腐蚀： 金属零件的腐蚀是指表面与周围介质起化学或电化学作用而发生的表面破坏现象。腐蚀损伤总是从金属表面开始 ，然后或快或慢地往里深入，并使表面的外形发生变化，出现不规则形状的凹洞、斑点等破坏区域。腐蚀的结果使金属表面产生新物质，时间长久将导致零件被破坏。 三、穴蚀： 穴蚀是一种比较复杂的破坏现象，它是机械、化学、电化学等共同作用的结果。当液体中含有杂质或磨料时会加速破坏过程。穴蚀常发生在柴油机缸套的外壁、水泵零件、水轮机叶片、液压泵等处。 四、断裂 断裂是零件在机械力、热、磁、声响、腐蚀等单独或联合作用下，发生局部开裂或分成几部分的现象。断裂是零件破坏的重要原因致意，它是金属材料在不同情况下，当局部裂纹发展到零件裂缝尺寸时，剩余截面所承受的外载荷超过其强度极限而导致的完全断裂。断裂是零件使用过程中的一种最危险的破坏形式。断裂往往会造成重大事故，产生严重后果。 五、变形 多年的维修实践证实，虽然将磨损的零件进行修复，恢复了原来的尺寸、形状和配合性质，但装配皇后仍达不到预期的效果。出现这种情况，通常是由于零件变形，特别是基础零件变形，使零部件之间的相互位置精度遭到破坏，影响了各组成零件之间的相互关系。在高科技迅速发展的今天，变形问题将越来越突出，它已成为维修质量低、大修周期短的一个重要原因。 汽车各类易损件： 一、发动损件： （1）气缸体：除气缸正常磨损可进行镗磨加大尺寸予以修理外，在冬季因缸体未放尽积水被冻裂，运行中因气缸缺少冷缺冷却水被过热膨胀裂缝漏水，以及在行车事故中被碰撞损坏和孔孔径数次镗销扩大至极限。 （2）气缸套：常见故障有缸孔自然磨损、外径压配不当漏水（湿式缸套）、缸壁因敲缸损伤，或在突发情况下如连杆螺栓松脱被连杆击穿等。 （3）气缸盖：除未发现的制造缺陷如隐藏裂纹、排气门座压配松弛等引起的漏水现象外，主要是使用不当和自然疲劳损坏。 （4）气缸盖衬垫：缸盖紧固螺栓或螺栓拧紧力失准或松弛，制造上的缺陷，漏水造成热化学腐蚀等，结果封闭气缸孔边缘部位烧蚀泄漏、水孔边缘部分热腐蚀缺损使封闭失效。 （5）活塞：自然磨损，在发动机过热时会造成部分铝合金属熔蚀发生拉缸或咬死，磨损后配合间隙过大、积碳早燃时会击伤、裂缝等。 （6）活塞环：因活塞拉缸被折断，自然磨损，弹性衰减等。 （7）活塞销：外径自然磨损，在特殊工况下或制造上未检出的隐藏裂缝造成的折断。 （8）活塞销衬套：自然磨损，因缺油高热烧损及压配合间隙过大引起衬套走外圆等。 （9）连杆：受力矩杆体扭曲、大头小头孔座因轴孔磨损或断油造成的过度磨损松旷、螺栓孔螺纹损坏等。 （10）曲轴：主轴颈和连杆轴颈磨损，曲轴因受力扭曲变形导致同轴度失准以及在突发工况下或材质缺陷、隐藏裂纹等造成个别现象的折断等。 （11）连杆、曲轴轴承：因断油产生的合金层合金烧熔咬轴，因冲击负荷所致合金层部分合金疲劳剥落，因配合间隙过大造成轴承钢衬走外圆及定位唇口变形移位等。 （12）飞轮：大端工作平面因离合器钢片损坏或磨损后被铆钉突出磨损形成的沟槽，飞轮齿圈端因起动机驱动齿轮的撞击崩块或齿面磨损过大，齿圈与飞轮外圆配合松弛等。 （13）气门：自然磨损和胶粘咬死、断裂、腐蚀等。 （14）气门导管：自然磨损致配合间隙过大，燃烧废气或润滑油杂质等侵入，形成磨料，使气门杆咬死或内孔拉伤。 （15）气门弹簧：变形、折断、弹性衰减等。 （16）气门座圈：机械磨损和热腐蚀，以致造成气门或座圈的密封面破坏。 （17）凸轮轴：主轴颈磨损、凸轮磨损。凸轮轴弯曲变形，同轴度变坏和机油泵驱动齿轮损坏也属常见。 （18）气门挺杆：杆部自然磨损、调节气门间隙螺钉螺纹损伤、与凸轮轴凸轮接触球形工作面磨损等。 （19）气门摇臂：轴承孔磨损，圆弧工作面磨损，气门间隙调节螺栓与螺母或螺钉与螺母以及螺孔螺纹的松旷和损坏。 （20）凸轮轴正时齿轮：齿部因受冲击力矩被崩裂、断齿，铁心与胶木或尼龙的压配松动及齿面磨损超过允许值等。 （21）正时链条：链板疲劳，轴销、滚子磨损后伸长。工程塑料制齿形带的损坏现象为出现疲劳伸长、齿面磨损等。 （22）进排气歧管总成：热疲劳裂纹，安装凸缘边缘因螺栓拧紧顺序 及力矩不当造成的断裂，或受热疲劳引起的安装平面翘曲变形而破坏的漏气等。 （23）机油泵：除制造质量外，运动件自然磨损、限压阀弹簧弹力疲劳衰减、密封衬垫损坏等有会造成供油压力不足甚至失效。 （24）机油集滤器：滤网经多次阻塞清洁后变形或损坏、浮子泄漏及油管油垢阻塞、清除中变形等。 （25）机油滤清器：滤芯被机油杂质污染阻塞，密封衬垫变形损坏，限压阀因弹簧压力衰减，开启压力失准。 （26）油底壳：易损件，应有一定备品。 （27）汽油泵：膜片疲劳损伤裂缝，进、出油单向阀工作面磨损致其密封性破坏，摇臂工作面磨损量过大，膜片行程减小等。 （28）汽油滤清器：漏气（不密封）或滤芯为及时维护而形成阻塞。 （29）空气滤清器：滤芯被尘土阻塞。 （30）散热器：除磕碰损伤外，还有因机械损伤而导致的漏水，水垢阻塞，温度过高水气膨胀压力增大导致水管裂纹漏水，冬季未放尽冷却水而被冻裂等。 （31）节温器：皱纹筒热变形失去弹性，蜡式感温体热疲劳感温性能变坏，机械损伤等。 （32）水泵：壳体裂纹，轴承损坏，水封及木垫片失效，壳体安装螺栓孔损裂等造成冷却水泄漏。 底盘易损件： （1）离合器总成：从动盘摩擦面片磨损、钢片裂纹、面片铆钉突出或面片被油脂污染，分离轴承套筒、分离叉、分离杠杆等零件摩擦工作面的磨损等。 （2）离合器从动盘总成：波形弹簧钢片损裂、减振弹簧折断或弹性衰减，从动盘毂裂纹，而摩擦片磨损减薄破裂和烧损更为多见。 （3）离合器机械式操纵机构：自然磨损。 （4）离合器液压式传动机构：活塞、活塞的皮碗、皮圈磨损及橡胶老化，双向阀损坏，缸筒磨损等。 （5）变速器：齿顶撞击打毛、齿部崩裂、疲劳点蚀、齿厚磨损减薄、齿轮内磨损、间隙增大等。 （6）传动轴：万向节叉十字轴座孔磨损扩大及配合松动，滑动叉及花键轴的键槽或键齿磨损松动，轴管变形弯曲，凸缘叉裂缝等。 （7）万向节：十字轴轴径磨损形成滚针沟槽，轴承钢碗磨损使配合间隙超过规定值。 （8）半轴：过载或因冲击导致杆部断裂、扭曲，花键磨损，安装螺栓孔因螺栓松旷造成的磨损扩大或裂纹等。 （9）前轴：受冲击负荷发生弯曲变形，主销承孔因磨损扩大。 （10）转向节：主销孔、指轴及轴承径磨损，紧固螺纹损坏，指轴受冲击负荷弯曲变形、产生疲劳裂纹等。 （11）轮毂：因未及时维护或锁紧螺母松动或缺少润滑脂，使轴承早期损坏，车轮晃动导致轴承孔座损伤松旷，影响汽车正常汽车运行。 （12）轮毂螺栓螺母：螺纹破坏缺损，甚至受冲击负荷而折断。 （13）钢板弹簧：弹性衰减（硬度过高或隐藏裂缝）或折断。 （14）螺旋弹簧：断裂、弹性衰减和变形。 （15）钢板弹簧衬套：自然磨损、破裂、压溃。 （16）减振器和减振器胶套、缓冲胶；阻尼减振性能衰减、变坏或失效。 （17）转向盘：外包塑料老化产生裂缝，转向盘变形，中央轮毂内孔键槽或花键因工作疲劳或维修拆装损伤，喇叭安装结构的损伤等。 （18）转向器：转向柱管变形偏离中心、齿轮调整失准或磨损、支承轴承损坏、齿轮磨损、间隙增大等。 （19）动力转向装置：动力泵油压不足、转向轴弯曲变形、转向器调整失准、控制阀卡住或失灵、液压系统泄漏或进入空气、动力泵零件磨损等。 （20）纵拉杆与横拉杆：易损件为球销、球销碗、弹簧座、弹簧、防尘罩等。 （21）空气压缩机：活塞组零件磨损，排气阀阀片磨损，连杆轴承磨损等。 （22）液压制动主缸和轮缸：除正常使用磨损、渗漏油液之外，往往因皮碗质量不好或配合尺寸选用不当，以及活塞与缸孔磨损后间隙过大，以至皮碗刃口反向等造成制动失效。 （23）液压制动软管：接头疲劳脱落、损伤、橡胶老化，内孔孔径膨胀缩小或阻塞。这是易耗品。 （24）气压制动软管：偶然发生脱头及起鼓分层等现象，与轮胎胎面摩擦而磨损（前轮）及橡胶老化膨胀则常见，内径阻塞或油污阻塞等。 （25）前、后制动片：磨损、烧蚀、破裂等。属使用频繁、工作条件恶劣的易损件，消耗量很大。 （26）盘式制动器：受粉尘侵袭，磨损较大。 （27）离合器拉索、油门拉索。 （28）油封：是易损件，而且消耗量很大。 （29）滚动轴承：是受力很大的滚动摩擦零件。这是易损件且通用性很广。 （30）汽车轮胎：与地面滚动摩擦产生高热，其胎面磨耗快，也易外物割伤或扎伤，使用不当则会爆胎。这是消耗量大的易损件应多备。内胎的损耗量也较大，也应有足够的备品，衬带的消耗量较少，可少备。 电器仪表易损件： （1）发电机：绕组断路、短路、电枢轴承磨损、机壳及盖损伤等。硅整流发电机的硅管手高峰电压的冲击而击穿损坏也属多见。 （2）起动机：起动开关触电烧蚀，电磁开关绕组及电枢、磁极励磁绕组的断路、短路、整流子磨损，轴承损坏，移动叉行动调节距离失准，驱动齿轮损伤等。 （3）蓄电池：壳体碰击裂纹、漏液，极板活性物质脱落沉淀于壳底，隔板微孔为活性物质阻塞使内阻增加，单电池连接铅条脱焊松动，电池室因电液不足使极板硫酸铅化的死片等。易损件，冬季旺销，应有较多备量。 （4）点火线圈：绝缘胶木上盖磕碰破损，高压电流击穿，绝缘破坏，绕组断路或过热烧坏，接线柱接线脱焊，潮气侵入罐内等所致的变压功能失效。 （5）有触电分电器：传动轴磨损，配合间隙增大，传动轴旋晃动，分电胶木盖或分火头绝缘破坏击穿，高压电窜接，断电器（白金副）触电烧蚀，电阻增大，凸轮角磨损，离心块弹簧失效，电容器击穿漏电等。 车身易损件： （1）纵梁：弯曲变形和裂缝。 （2）蒸发器及壳体：发生碰撞严重弯曲或破裂。 （3）驾驶室：板金蒙皮锈蚀、碰撞变形、车门碰撞变形、玻璃破碎、玻璃升降器损坏、门锁损坏等。 （4）翼子板、托架、前后轮挡泥板：碰撞损坏、振动裂缝、泥水锈蚀。 （5）保险杠、牌照板、车外后视镜：常因碰撞而损坏。 （6）装饰条、车门槛嵌条、立柱饰板；均属易损件。

机械零件 任何机械零件或部件使用一段时间后都要损伤或损坏，其损伤的程度有三种情况：1、零件彻底破坏，不能再使用；如轴断裂。2、严重损伤继续使用不安全；如有裂纹产生、表面磨损。3、虽然还能安全工作，但已达不到预定的作用。 只要发生上面情况中的任何一种都可以认为零件已经失效。对机器零件或部件进行失效分析的目的就是要找出零件破坏的原因，并且提出相应的改进措施。失效分析的结果对于零件的设计、选材、加工及使用都具有很大的指导意义。 零件失效的形式多种多样，按零件的工作条件及失效的宏观表现与规律可分为：变形失效、断裂失效、表面损伤失效等。二、机械零件失效的原因失效原因有多种，在实际生产中，零件失效很少是由于单一因素引起的，往往是几个因素综合作用的结果。归纳起来可分为设计、材料、加工和安装使用四个方面。可能的原因有如下：1、设计原因 一是由于设计的结构和形状不合理导致零件失效，如零件的高应力区存在明显的应力集中源（各种尖角、缺口、过小的过渡圆角等；二是对零件的工作条件估计失误，如对工作中可能的过载估计不足，使设计的零件的承载能力不够。2、材料方面的原因 选材不当是材料方面导致失效的主要原因。最常见的是设计人员仅根据材料的常规性能指标来作出决定，而这些指标根本不能反映出材料所受某种类型失效的搞力；材料本身的缺陷（如缩孔、疏松、气孔、夹杂、微裂纹等）也导致零件失效。3、加工方面原因 由于加工工艺控制不好会造成各种缺陷而引起失效。如热处理工艺控制不当导致过热、脱碳、回火不足等；锻造工艺不良带状组织、过热或过烧现象等；冷加工工艺不良造成光洁度太低，刀痕过深、磨削裂纹等都可导致零件的失效。有些零件加工不当造成的缺陷与零件设计有很大的关系，如热处理时的某些缺陷。零件外形和结构设计不合理会促使热处理缺陷的产生（如变形、开裂）。为避免或减少零件淬火时发生或开裂，设计零件时应注意：截面厚薄不均匀，否则容易在薄避处易开裂；结构对称，尽量采用封闭结构以免发生大的变形；变截面处均匀过渡，防止应力集中。4、安装使用与失效 零件安装时，配合过紧、过松、对中不良、固定不紧等，或操作不当均可造成使用过程中失效。 1、现场调查研究 这是十分关键的一步。尽量仔细收集失效零件的残骸，并拍照记录实况，从而确定重点分析的对象，样品应取自失效的发源部位。2、详细记录并整理失效零件的有关资料，如设计图纸、加工方式及使用情况。3、对所选定的试样进行宏观和微观分析，确定失效的发源点和失效的方式。扫描电镜断口分析确定失效发源地和失效方式；金相分析，确定材料的内部质量。4、测定样品的有关数据：性能测试、组织分析、化学成份分析及无损探伤等。5、断裂力学分析。6、最后综合各方面分析资料作出判断，确定失效的具体原因，提出改进措施，写出分析报告。