（光学工程专业论文）汽车关键部件故障的相关性分析.pdf

山东大学硕士学位论文绪论 摘要 我国现有民用汽车保有量达到9 0 8 6 万辆。汽车后市场的产值将达到3 0 0 0 亿元。与发达国家相比，我国的汽车后市场还显得十分落后，不能满足老百姓对 车辆服务，特别是维修服务日益增长的需求。如何改变这一现状，如何创造更大 的社会和经济效益? 这是当前要解决的重要难题。与各种外部物质条件相比，不 断提高汽车维修技术人员的理论和实践水平显得更加迫在眉睫。 基于此，本研究通过选取大量汽车4 s 店技术通报中维修数据，从复杂的繁 多的故障数据中，提取汽车关键部件的故障数据，对数据进行整理和分析，进而 对其进行相关性的研究，并且将分析结果理论化、程序化和规范化。最终得到通 用的汽车关键部件故障诊断的方法和步骤。对传统的故障诊断方法和思路进行有 益的丰富和提升，以期能满足现代汽车新技术在汽车上大量应用带来的新问题和 新故障。同时，也希望能给广大的汽车设计人员提供汽车关键部件的设计帮助， 不断提高我国自主研发车辆及其关键部件的水平。 关键词汽车，关键部件，故障，相关性 2 山东大学硕士学位论文 绪论 a b s t r a c t t h ec i v i la u t o m o b i l e o w n e da l r e a d yr e a c ht on i n e t ym i l l i o n sa n de i g h th u n d r e da n ds i x t y t h o u s a n di no u rc o u n t r y t h ep r o d u c t i o nv a l u eo fa u t o m o t i v ea f t e r m a r k e tw i l la c h i e v et ol 洲b 3 0 0 0m i l l i o n c o m p a r e dw i t ht h ed e v e l o p e dc o u n t r i e s t h ea u t o m o t i v ea f t e r m a r k e to fo u rc o u n t r y w a sa l s oe x t r e m e l yb a c k w a r d , n o tt os a t i s f yt om e e tt op r o d u c ee v e r - i n c r e a s i n go fo r d i n a r yp e o p l e f o rv e h i c l es e r v i c e ，e s p e c i a l l ym a i n t e n a n c es e r v i c e t of i g u r i n go u th o wt om a k ei tb e t t e r , h o wt o m i n ts o c i a la n de c o n o m i ca s s e t ? n l i sm u s tt ob eas o l u t i o nt oi m p o r t a n td i 伍c u l tp r o b l e m sc u r r e n t c o m p a r e d t oa l lk i n d so fm a t e r i a le x t e r n a lc o n d i t i o n se n h a n c et h el e v e lo ft h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l o fv e h i c l em a i n t e n a n c es e r v i c es e e m si m m i n e n l b a s e do nt h i s ，t h es t u d yo fm a i n t e n a n c ed a t ai nt h et e c h n i c a lb u l l e t i no fa u t o m o b i l e4 ss h o p f r o mi n t r i c a t ea n dm y r if a u l td a t a , t oe x t r a c t i o no nc r i t i c a lc o m p o n e n to fa u t o m o b i l ef a i l u r e sd a t a , d i s p o s a ld a t a , a n dt h e nt oa n a l y s i so fr e l a t i v i t y , a n dt h ea n a l y s i sr e s u l tw i l lt ob et h e o r i z a t i o n ， p r o g r a m m i n ga n ds t a n d a r d i z a t i o n t l l l eu l t i m a 缅a lt a r g e tg o tt ot h ew a ya n ds t e p so nc r i t i c a l c o m p o n e n to fa u t o m o b i l ef a i l u r e sd i a g n o s i s e n r i c h m e n ta n dd e v e l o p m e n tt h et r o u b l eo ft h e i r a d i t i o n a la u t o m o b i l e ，i nt h eh o p eo f , t os o l v et h ea b o v ep r o b l e m s ，a n dh e l pt om o r et h ee a r s d e s i g n e r sw o r k s t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tl e v e lo ft h ea o t u m o b i l ea n dc r i t i c a lc o m p o n e n t w i l lb es t e a d i l yg o i n gu p k e yw o r d s ：a u t o m o b i l e ，c r i t i c a lc o m p o n e n t , f a i l u r e s ，a n a l y s i so fr e l a t i v i t y 3 山东大学硕士学位论文 绪论 c o n t e n t s c h a p t e rli n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 1 1n l es i t u a t i o no ft h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s ea u t o m o b l ei n d u s t r y 1 1 1 2 i h ec u r r e n ts i t u a t i o no fc h i n aa u t o m o b l ea f t e r m a r k e t 2 1 1 3t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fc h i n aa u t o m o b l er e p a i r m a r k e t 4 1 2r e s e a r c hc o n t e n t s 5 1 3r e s e a r c hp u r p o s e 5 1 4r e a c a r c ht e c h n i c a lr o u t e 6 1 5c h a p t e rs u m m a r y 7 c h a p t e r2t h es u m m a r i z eo fa u t o - b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 8 2 1t h er u d i m e n t so fa u t o - b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 8 2 1 1t h ec l a s s i f i c a t i o no fa u t o b r e a k d o w n 8 2 1 2t h er e a s o no fa u t o b r e a k d o w n 1o 2 1 3t h ed i s c i p l i n eo fa u t o b r e a k d o w n 。2 0 2 2a u t o b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 2 1 2 2 1t h em e t h o da u t o b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 2 1 2 2 2t h eg a t h e ra u t o b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 2 3 2 2 3t h ef a u l tp r o g n o s i so fa u t o b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 2 6 2 3c h a p t e rs u m m a r y 2 9 c h a p t e r 3a n a l y s i so fr e l a t i v i t y o l lc r i t i c a lc o m p o n e n to fa u t o m o b i l ef a i l u r e s 3 0 3 1t h es y m p t o mc r i t i c a lc o m p o n e n to fa u t o m o b i l ef a i l u r e s 3 0 3 1 1c h e r ya u t of a u l tc a s e 3l 3 1 2b u i c kc a rf a u l tc a s e 。4 2 3 2 n 】h en u m e r i c a lv a l u ea n a l y s i so fr e l a t i v i t y 4 8 3 3t h ep e r i o dv a l u ea n a l y s i so fr e l a t i v i t y 4 9 3 4t h ec a u s ea n de f f e c tv a l u ea n a l y s i so fr e l a t i v i t y 4 9 3 5c h a p t e rs u m m a r y 5 0 c h a p t e r4 n 圮t r a i no ft h o u g h ta n dm e t h o da u t o - b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 5 1 4 1t h et r a i no ft h o u g h ta u t o b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 51 4 2t h em e t h o da u t o b r e a k d o w nd i a o g n o s i s 5 2 4 3c h a p t e rs u m m a r y 5 3 c h a p t e r5c o n c l u s i o na n do u t l o o k 5 4 5 1t h em a i nr e s e a r c hw o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o n 5 4 5 2i n n o v a t i v ep o 缸5 4 5 3f u r t h e rr e s e a r c h 5 4 r e f e r e n c e s 5 5 a c k n o w l e d g e m e n t 5 6 2 山东大学硕士学位论文绪论 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 1 1 1 我国汽车工业的发展形势 中国汽车工业协会副秘书长师建华在汽车行业“十二五”期间重点问题分 析的报告中指出，十一五期间，我国汽车工业取得了很大成就：全行业1 0 0 万辆规模的企业达到5 家，超过百万辆驹摩托车生产企业有9 家。汽车工业承接 了本世纪初的高速发展态势，产销规模逐年迅猛增长。2 0 0 9 年我国汽车产量和 销量双双跨跃千万辆大关，2 0 1 0 年继续保持高速增长，产销双双超过1 8 0 0 万辆。 具体表现在以下几个方面： l 、产销量保持高速增长，国际地位日益提升 2 0 1 0 年，汽车产销分别为1 8 2 6 万辆和1 8 0 6 万辆；连续两年产销量位居世 界第一，作为名副其实的世界汽车产销大国，中国汽车工业成为世界汽车工业重 要组成部分。摩托车产销量分别为2 6 6 9 万辆和2 6 5 9 万辆；摩托车产销量在世界 各国中连续1 6 年排名第一【1 1 。见表卜l 表1 1 我国汽车产量占世界产量的比重( 万辆，) 年份我国汽车产量世界汽车产量占世界产量比例 2 0 0 23 2 55 8 9 95 5 2 0 0 34 4 46 0 6 67 3 2 0 0 45 0 76 4 5 07 9 2 0 0 55 7 06 6 4 88 6 2 0 0 67 2 86 9 2 21 0 5 2 0 0 78 8 87 3 2 71 2 1 2 0 0 89 3 57 0 5 3 1 3 3 2 0 0 91 3 7 96 3 0 02 1 9 2 0 1 01 8 2 67 7 6 1 2 3 5 山东大学硕士学位论文绪论 2 、汽车工业已成为国民经济中的重要支柱产业 汽车产业在国民经济中的地位不断加强，成为支撑和拉动我国经济持续快速 增长的重要产业，汽车工业从业人员2 6 5 万人，间接从业人员3 0 0 0 万人。汽车 工业增加值在g d p 中的比例整体上处于上升趋势；2 0 0 6 年至2 0 0 9 年，汽车工 业完成工业增加值分别为3 7 1 9 亿元、5 4 4 8 亿元、6 3 1 9 亿元和7 6 8 3 亿元，占g d p 比重分别为1 8 、2 1 、2 1 和2 3 ；预计：2 0 1 0 年汽车产业增加值所占g d p 的比重将达到2 5 1 2 j 。 3 、产品结构进一步优化，趋向合理 乘用车比例达到7 5 ，其中轿车高达5 4 ；重型货车占载货车的比例也提 高到1 6 ；2 0 1 0 全国民用汽车保有量为7 8 0 2 万辆：其中民用轿车保有量4 0 2 9 万辆，私人轿车保有量达3 4 4 3 万辆，私人购车成为汽车消费主流。 汽车服务业是在汽车产业价值链中连接生产和消费的支持性、基础性业务及 这些业务的延伸，是汽车产业可持续发展的重要支柱。我国汽车企业要积极构建 完善汽车产业价值链，大力发展汽车服务业，尽快缩小与国外的差距。要以品牌 营销为主体，完善汽车服务行业的服务体系。大力发展汽车金融、汽车保险以及 汽车租赁等高附加值现代汽车服务业。支持大型汽车集团顺应向服务领域延伸的 国际趋势，拓展汽车金融服务和售后服务业务。到2 0 1 5 年，初步建立起具有国际 竞争优势的汽车服务体系，拥有一批具有世界竞争实力和规模的汽车服务企业， 实现汽车服务业与汽车制造业的协调发展，跻身世界汽车服务业强国。 从以上数据不难看出，我国汽车工业在十一五期间的长足发展，同时，在十 二五发展规划中，汽车工业也是一个支柱产业。 1 1 2 国内汽车后市场的发展概况 所谓汽车“后市场”，是指汽车销售后围绕消费者在使用过程中所需的各种 服务构成的市场，比如配件供应、维修保养、汽车用品、汽车改装、二手车经营、 物流运输、金融服务、出租和租赁、汽车俱乐部、汽车检测、汽车认证、汽车导 航、停车场和加油站等等，也就是说，汽车从售出到报废的过程中，围绕汽车售 后使用环节中各种后继需要和服务而产生的一系列交易活动的总称 3 1 。 汽车后市场最早的分类是以汽车整车销售的前、后顺序进行分类的。一是汽 2 山东大学硕士学位论文绪论 保行业：二是汽车维修及配件行业；三是汽车精品、用品、美容、快修及改装行 业；四是二手车及汽车租赁行业。中国现在的汽车后市场大体上可分为七大行业： 汽保行业，汽车金融行业，汽车i t 行业，汽车精品、用品、美容、快修及改装 行业又称汽车养护行业，汽车维修及配件行业，汽车文化及汽车运动行业，二手 车及汽车租赁行业。 1 、我国汽车后市场的发展过程 第一阶段是1 9 9 0 1 9 9 6 年，汽车后市场的开始阶段。服务对象：基本是公务 车；第二阶段是1 9 9 7 2 0 0 6 年，汽车后市场的高速发展阶段服务对象：公务车 为主，私车1 5 ；第三阶段是2 0 0 7 - 2 0 1 0 年，汽车后市场的洗牌阶段。服务对象： 私车5 0 ，公务车5 0 ；第四阶段是2 0 1 1 年以后，汽车后市场平缓发展阶段。 服务对象：私家车为主，每个地区有2 3 家区域性的龙头店，品牌快修快保店与 4 s 站并行，国外汽车服务连锁巨头进入中国，其它个体店要选择好自己发展道 路。 2 、我国汽车后市场规模巨大 据美国新闻周刊和英国经济学家刊载对世界排名前1 0 位的汽车公 司近l o 年的利润情况分析，在一个完全成熟的国际化汽车市场，汽车的销售利 润约占整个汽车业利润的2 0 ，零部件销售利润约占2 0 ，有6 0 的利润是在 其服务领域中产生。可见，汽车服务业对汽车产业的发展具有极大的促进作用， 对国民经济的发展也是至关重要。 汽车后市场是产业链中最稳定的利润来源，占总利润6 0 7 0 ；2 0 0 8 年，国 内汽车用品行业产值达到6 2 0 亿元，维修行业产值4 1 0 亿元；到2 0 1 0 年，总规 模预测超过1 9 0 0 亿元；目前国内正式注册的汽车美容装饰维修厂家3 0 余万家， 经营汽车美容9 0 0 0 多家( 不包括路边店) ，并且汽车销售市场每年以3 0 速度递 增；每台车售后服务金额约为车价的2 倍( 1 0 年报废) ；加上私家车主的整体汽 车售后保养服务意识增强。因此中国的汽车后市场面临一个历史的发展机遇1 4 。 面对如此的市场良机，如何把握机遇，己经摆在每一个汽车业者的而前。归 纳起来汽车业者有两条道路可供选择：一是发展自我品牌，做强做大。二是牵 手国际汽车服务知名品牌，携手共同发展。 山东大学硕士学位论文 绪论 1 1 3 国内汽车维修市场的现状 1 、我国汽车维修市场规模 我国的汽车维修从靠修理外国车蹒跚起步，发展为具有一定规模的现代服务 行业，大体经历了从新中国成立到1 9 8 6 年、1 9 8 6 年到2 0 0 0 年、2 0 0 1 年以后三 个阶段【5 1 。 汽车维修业是一个新兴的朝阳行业。已由道路运输业附属部分转化为社会主 义市场经济的重要组成部分，由纯劳动技术性行业转化为具有专业技术性、劳动 密集性、作业分散性、市场调节性、服务延伸性等五大特性的为道路运输业、汽 车产业和广大社会消费者提供全方位服务的产业，其市场发展潜力巨大。截至 2 0 0 8 年底，我国机动车维修经营业户数为3 5 9 6 2 2 户，从业人员共2 4 5 8 1 0 0 人， 年维修产值达3 0 0 亿元。2 0 0 8 年，在全国维修业户中，一类汽车维修业户、二 类汽车维修业户、三类汽车维修业户、摩托车维修业户的数量和所占的比例如图 1 1 所示。 三类汽车维修业 2 1 27 5 5 户5 9 二类 车 5 27 1 2 户1 5 一类汽车维修业 1 05 6 5 户3 摩托车维修业 8 07 2 3 户 图1 1 汽车维修企业统计 目前我国已形成了以一类维修企业为骨干、二类维修企业为基础、三类维 修业户为补充、综合性能检测站为技术支撑，多种经济成份协调发展的机动车维 修服务网络格局，维修经营模式和服务方式愈发多元化从过去的大而全、单一的 综合性维修模式，发展为目前的汽车特约维修、3 s 4 s 店、综合类、快修、连 锁、一站式服务等多种经营模式并存的局面。从维修服务网点布局分析，绝大部 分一类企业和部分优秀的二类企业已转型为4 s 店，分布于大中型城市内：二类 企业和大部分三类企业分布在公路沿线和城乡结合部。 2 、汽车维修市场存在的问题 4 山东大学硕士学位论文 绪论 汽车维修服务能力和服务水平偏低，维修人员故障分析能力较弱。 1 2 研究内容 本课题主要是选取大量汽车4 s 店技术通报中维修数据，从复杂的繁多的故 障数据中，提取汽车关键部件的故障数据，对数据进行整理和分析，进而对其进 行相关性的分析，并且将分析结果理论化、程序化和规范化。最终得到通用的汽 车关键部件故障诊断的方法和步骤。对传统的故障诊断方法和思路进行有益的丰 富和提升，以期能满足现代汽车新技术在汽车上大量应用带来的新问题和新故 障。同时，也希望能给广大的汽车设计人员提供汽车关键部件的设计帮助，不断 提高我国自主研发车辆及其关键部件的水平。 1 3 研究目标 研究目的就是如何提高现代汽车维修技术人员对汽车关键部件故障的诊断 方法和思路，并且将研究的成果在日常教学和工作中予以推广，不断提高在校学 生及汽车维修技术人员的故障诊断水平，满足国内日益增长的汽车后市场对人才 的需求，为广大车主提高更快更好的服务，为社会带来更大的经济效益。本研究 引入数据相关性的分析方法，以大量汽车4 s 店技术通报为例，通过数据整理和 提取，对汽车关键部件的故障进行定量分析，做出客观评价，找出存在问题，分 析内在联系，制定维修改进方案，提高故障诊断与排除一次成功率；为政府加强 车辆维修管理，提高车辆维修效率，促进汽车服务业经济增长方式，又好又快地 发展经济，保护环境，落实科学发展观，提供真实可靠的决策依据；为广大汽车 维修技术人员提供真实可靠地故障诊断思路和方法，指导维修公司提高车辆维修 管理水平，促进企业节能降耗增效，提高综合素质，促进汽车服务也实现可持续 发展。 本研究对推动汽车维修技术人员业务工作水平有很好的参考意义，进而为全 面推进我国的汽车服务业提供了一定的借鉴作用。通过有效的维修过程中节能措 施实现我国的车辆维修的可持续发展，进而实现我国能源的可持续发展。 5 山东大学硕士学位论文绪论 1 4 本文结构组织 本论文章节的内容如下： 第l 章绪论，主要是提出研究对象，即我国汽车故障诊断相对落后，给出 本研究的技术路线； 第2 章综述，介绍当前汽车故障的原因、方法和思路，以及数据的采集过 程； 第3 章汽车关键部件的常见故障，主要是通过大量的维修数据汇总、整理 而来，总结出常见故障的种类和现象；汽车关键部件故障的相关性分析，详细分 析汽车关键部件的故障特征，整合维修数据，并查找出其内在的相关性联系，提 出快速诊断故障的思路和方法； 第4 章汽车故障诊断的通用性思路和方法，通过前面大量的实例验证，并 且又对数据进行了相关性的分析整理，进而提出了更加通用性的故障诊断思路和 方法； 第5 章总结和展望，总结本研究完成的主要内容，说明本研究的主要创新 点和存在的问题，最后提出了下一步研究工作的方向。 本文的技术路线设计如图1 2 所示。 汽车故障数据整理 上 故障数据相关性分析 上 提出故障诊断思路 上 总结故障诊断方法 j r 在具体实例中应用结论 图l - 2 论文技术路线图 6 山东大学硕士学位论文 绪论 1 5 本章小结 在本章中，我们首先介绍了我国的汽车发展趋势，然后我们介绍了当前我国 汽车维修后市场的现状，着重分析了当前我国汽车故障诊断技术人员对于汽车关 键部件故障诊断过程中遇到的瓶颈，这是将来制约我国汽车维修后市场发展的一 个巨大绊脚石，通过以后各章的逐级深入的探讨，我们力求能更好的解决这个问 题。另外，我们还列出了本文的主要研究内容，研究目标以及文章的组织结构。 7 山东大学硕士学位论文汽车关键部件故障的相关性分析 第2 章汽车故障诊断综述 2 1 汽车故障诊断基础知识 汽车是一个复杂的机械系统，它由数干种的零件所构成。其机构复杂，工作 条件多样，在长期使用过程中处于各种的环境，承受着各种应力，如道路，气候， 使用强度，行驶工况等的不同，汽车的使用状态将以不同规律和不同强度发生变 化，或性能参数恶化，最终将导致故障1 6 】。 产品分为可修复和不可修复两大类。不可修复产品是指产品发生故障以后不 进行维修而直接报废的产品，其中有的产品是技术上不便进行维修，一旦发生故 障只能报废：有的产品技术上可维修，但维修不经济；还有一些产品本身属一次性 使用产品，不存在维修问题【刀。可修复产品是指产品发生故障后可通过维修恢复 其规定功能的产品。 通常不可修复产品不能完成规定功能时称为失效。可修复产品不能执行规定 功能的状态称为故障。 现代汽车是由众多零件、部件和总成构成的机、电、液一体的复杂产品。汽 车总体、大部分总成和系统属于可修复产品，随着汽车零件、部件制造技术的发 展，制造成本的降低，不可修复类汽车零件、部件总类和数量日益增多，零件、 部件更换成为汽车维修的主流方式【8 】。 汽车故障是指汽车部分或完全丧失工作能力的现象，它包括汽车不能行驶， 功能不正常和个别性能指标超出规定的技术要求。 2 1 1 汽车故障的分类 汽车故障通常按照不同分类目的而有多种分类方法，常见的故障分类方法如 下： 1 、按照故障发生的性质分为自然故障和人为故障嘲。 自然故障是汽车在使用期内，由于受外部、内部不可抗拒的自然因素的影响 而产生的故障。 8 山东大学硕士学位论文汽车关键部件故障的相关性分析 人为故障是汽车在制造和维修中，由于使用了不合格的零件或违反了装配的 技术要求，或汽车在使用中没有遵守使用条件和操作工艺规程以及运输、保管不 当等人为因素造成的故障。 2 、按照故障发生的速度分为突发性故障和渐进性故障，它是根据故障发生 的快慢程度来划分的【1 0 1 。 突发性故障是指零件在损坏前没有可以觉察到的征兆，零件损坏是瞬时出现 的。这是由于各种不利因素以及偶然的外界影响共同作用的结果。这种作用己经 超出了产品所能承受的限度。如汽车运行时由于遇到意外障碍物等原因而引起的 超载造成零部件的损坏；轮胎被地面尖石或铁钉刺破；发动机油路堵塞；导线松脱 以及司机操作失误引起的事故性损坏等。故障发生的特点是具有偶然性和突发 性，一般不受运转时间影响，无法监控，因而这种故障是难以预测的。但这种故 障容易排除，因此通常不影响汽车的使用寿命。 渐进性故障是由于汽车某些零件的初始参数逐渐恶化，其参数值超出允许范 围而引起的故障。如发动机的气缸一活塞，由于磨损使配合间隙超过了允许范围， 导致润滑油消耗量增加、曲轴箱窜气量增加。这种故障的特点是故障发生的概率 与使用时间有关，它只是在汽车有效寿命的后期才明显地表现出来。渐进性故障 的发生标志着产品寿命的终结，对汽车而言则往往是需要进行大修的标志。由于 这种故障是逐渐发展的，所以是可以进行预测的。通过诊断和监测仪器进行测试 或监控，能预测故障的发生时间。 突发性故障和渐进性故障之间一般是有联系的。应该说所有的故障都是渐进 的，因为事物的变化都是由量变到质变的过程。如零件的磨损发展到一定程度， 就可能导致突然的损坏，旧轮胎发生故障的概率要比新轮胎大得多。因此，汽车 使用的时间愈长，发生故障的概率愈高，损坏的程度愈大。 3 、按故障表现的稳定程度可分为持续性故障和间歇性故斟1 1 】。 持续性故障一旦发生，其出现规律明显，症状表现稳定，直至故障被排除。 引起这类故障的故障部位技术状态稳定，一般较易诊断和排除。 间歇性故障具有突发性，时有时无，且无明显规律的特点，其原因是引起这 类故障的故障部位的技术状况发生不规则变化，故障原因不稳定。这类故障较多 地发生在电路，特别是汽车电控系统中，其主要原因是汽车组成件因磨损、过热、 9 山东大学硕士学位论文汽车关键部件故障的相关性分析 振动导致故障部位技术状态处于故障临界状态。 4 、按故障是否显现可分为可见故障和潜在故障。 已经导致功能丧失或性能降低的故障为可见故障。正在逐渐发展但尚未对功 能产生影响的故障为潜在故障。如：汽车前轴和传动轴裂纹，当未扩展到极限程 度时，为潜在故障。值得重视的是，潜在故障一旦对功能产生影响，常常具有突 发性质，因此对汽车的安全行驶极其不利。 ( 5 ) 按故障危害程度分为致命故障、严重故障、一般故障和轻微故障。见 表2 1 表2 1 故障类别分类原则 涉及人身安全，可能导致人身伤亡? 引起主要总成报废，造成重 致命故障 大经济损失，不符合制动、排放、噪声等法规要求 导致整车性能显著下降? 造成主要零部件损坏，且不能用随车工 严重故障 具和易损备件在短时间( 约3 0 分钟) 内修复 造成停驶，但不会导致主要零部件损坏，并可用随车工具和易损 一般故障件或价值很低的零件在短时间( 约3 0 分钟) 内修复? 虽未造成停驶， 但已影响正常使用，需调整和修复 不会导致停驶，尚不影响正常使用，亦不需更换零件，可用随车 轻微故障 工具在短时间( 约5 分钟) 内轻易排除 2 1 2 汽车故障的原因 导致汽车产生故障的主要原因是汽车零件的失效，汽车零件失效的主要形式 有磨损、断裂、变形、腐蚀和老化等。 ( 一) 金属零件的失效 汽车金属零件失效的主要表现为磨损、断裂、变形、腐蚀和穴蚀【l o l 。 ( 1 ) 磨损 磨损是指汽车零件摩擦表面的金属在相对运动过程中不断损失的现象。磨损 的发生将造成汽车零件尺寸、形状精度降低，表面配合性质发生变化，零件的工 作性能逐渐降低，是产生各种故障的主要原因之一。磨损包括物理的、化学的、 1 0 山东大学硕士学位论文 汽车关键部件故障的相关性分析 机械的、冶金的综合作用，它与零件材料性质、表面加工方法、载荷、工作温度、 润滑状态以及相对运动速度等因素密切相关。按磨损机理的不同，磨损可分为磨 料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等。同一零件同一表面的磨 损可能由单独的磨损机理造成，也可能由综合的磨损机理造成。 磨料磨损 磨料磨损是指摩擦表面与硬质颗粒或硬质凸出物相互摩擦引起的磨损。 这种硬质颗粒或硬质凸出物就是磨料。汽车各摩擦副之间的磨料大多来自于 空气中的尘埃、燃油和润滑油中的杂质和零件摩擦表面剥落下来的颗粒1 2 】。 磨料磨损的机理可归于磨料的机械作用，磨料对摩擦表面的破坏可分为碰撞 冲击、研磨和擦伤三种形式，一般磨料磨损表面存在着许多直线槽，它们可以是 很轻的擦痕，也可以是很深的沟槽。其主要特点是： 磨损率与摩擦速度和摩擦副的载荷成正比； 一般情况下，磨料硬度越高，磨损越大，材料硬度越高越耐磨； 磨损率与磨料的尺寸有关，磨料尺寸与摩擦副间隙相近时，磨损率最高。 磨料磨损是汽车零件最常见的磨损形式。在汽车维修中应做好零件清洁存 放，加强零件装配前的清洁工作和密封工作，防止外界磨料进入总成内部。 粘着磨损 粘着磨损是指摩擦表面间接触点发生粘着现象使一个零件表面的金属转移 到另一个零件表面所引起的磨损。 所谓粘着就是两个摩擦表面接触点金属熔化、原子互相扩散、化合以及再结 晶的过程。摩擦副运动进程中，局部接触点油膜或氧化膜被破坏，在摩擦高温下 发生粘着，在随后的运动中又撕裂，如此粘着一撕裂一再粘着一再撕裂反复进行 就形成粘着磨损。 粘着磨损的磨损量与粘着点撕裂时的剪切位置有关。 如果粘着点的结合强度比摩擦副任何一方的材料强度都低，则剪断将发生在 粘着接点的界面处。此时材料的转移极轻微，滑磨面也较平滑，只有轻微的擦伤， 此种情况称为外部粘着。 汽车发动机中的气缸与活塞环，气门挺杆与凸轮轴凸轮处的润滑油膜遭到破 坏时，即可发生这种外部粘着情况 山东大学硕士学位论文 汽车关键部件故障的相关性分析 如果粘着点的结合强度比摩擦副中任何一方的材料强度高，则剪断将发生在 材料强度较低的零件内部，此时就必然伴随着金属从一个摩擦表面转移到另一个 摩擦表面，且金属的转移量较大，此种情况称为内部粘着。例如，由于发动机过 热或配合间隙太小，所产生的“拉缸”、“烧瓦抱轴”以及主减速器锥齿轮由于用 油不当，调整欠妥而引起的剧烈磨损都是典型的内部粘着磨损【1 3 】。 汽车工作中，轻微的外部粘着磨损允许存在，而内部粘着磨损一般都会引起 恶性故障，必须尽力避免。 粘着磨损的发生与材料特性、零件表面粗糙度、润滑油、零件运动速度和单 位面积上的压力等因素有关。 为了减少粘着磨损，在汽车维修中应注意： 保证配合副合理的装配间隙( 如气缸与活塞间隙等) ： 不轻易使用不同材质的汽车配件； 旧件修理后应达到规定的表面粗糙度； 发生过粘着磨损的旧件修理后不能留有粘着残余； 认真做好发动机润滑系与冷却系的维护工作，按规定的润滑油品种进行适 时的润滑，并在使用中注意添加或更新。 疲劳磨损 疲劳磨损是指具有纯滚动或滚动与滑动并存的摩擦副，在工作过程中由于交 变接触应力的周期性作用，使零件表层产生微粒脱落而引起物质损失的现象。疲 劳磨损的特点具体表现为摩擦面出现大小、深浅不同的麻点或痘斑状凹坑。疲劳 磨损是由于循环接触应力的作用，首先在表层或浅表面产生疲劳起始裂纹，然后 裂纹沿着与表面成锐角的方向发展，达到某一深度后，又越出表面，最后剥落， 使零件表面形成了麻点。 疲劳磨损是汽车齿轮齿面、滚动轴承滚动体及内外圈滚道表面、凸轮和挺柱 接触面等零件的主要失效形式之一。 腐蚀磨损 腐蚀磨损是指在摩擦过程中，由腐蚀和摩擦共同作用导致的零件表面物质损 失的现象。单纯的腐蚀现象不属腐蚀磨损，腐蚀磨损是一种机械化学磨损，它是 腐蚀现象与机械磨损过程相结合形成的。 1 2 山东大学硕士学位论文汽车关键部件故障的相关性分析 腐蚀磨损可分为化学腐蚀磨损、氧化磨损和电化学腐蚀磨损。 化学腐蚀磨损 化学腐蚀磨损是指在零件配合副中，存在着酸、碱、盐等腐蚀介质，它们之 间产生化学作用而生成各种化合物，在摩擦过程中不断被除去而引起零件表面物 质损失的现象。其特点是磨损速度快，摩擦表面遍布点状或丝状磨蚀痕迹，磨损 速度随介质的腐蚀性强弱或温度的不同而不同，介质的腐蚀性越强，温度越高， 则磨损速率越大【1 4 】。 汽车发动机气缸的低温腐蚀；含有铜、铅等元素的滑动轴承，其中的铅容易 被润滑油中酸性物质腐蚀，使轴瓦表面出现麻点状脱落；这些都是化学腐蚀的典 型例子。 氧化磨损 氧化磨损是指在摩擦过程中，金属材料表面的金属与空气中的氧或润滑油中 的氧起作用，生成单分子层的氧化膜，并被磨掉的过程称为氧化磨损。 氧化磨损是化学腐蚀磨损的一种，其特点是在金属零件的摩擦表面上沿滑动 方向呈匀细的磨痕。钢铁零件表面经氧化后，生成的红褐色f e 2 0 3 和黑色的 f e 3 0 4 。氧化膜性脆，极易破裂，且与基本金属之间的结合强度低，故容易磨损。 相反，铝质零件表面生成的氧化铝膜有韧性，且与基体金属结合牢固，磨损率低， 对零件起保护作用。 一般而言，氧化磨损普遍存在，其磨损率在所有类型的磨损中是最小，且氧 化膜的生成还有利于防止粘着磨损。 电化学腐蚀磨损 电化学腐蚀磨损是指在零件配合副中，存在着酸、碱、盐等腐蚀介质，它们 之间发生电化学反应而生成各种化合物，在摩擦过程中不断被除去而引起零件表 面物质损失的现象。其特点是磨损速度快。 可燃混合气在气缸内燃烧的过程中，常生成c o 、c 0 2 、s 0 2 、n 0 2 和气 态水，一旦发动机温度较低，气态水遇到低温缸壁变为液态时，c o 、c 0 2 、 s 0 2 和n 0 2 可溶入水形成电解质，在缸壁上起电化学作用而使缸壁表面腐蚀， 这种腐蚀的快慢与缸壁温度有关。冷却水温度低于5 0 时，缸壁的磨损速度急 剧上升。 山东大学硕士学位论文汽车关键部件故障的相关性分析 微动磨损 微动磨损是指两个接触物体作相对微幅振动而产生的零件表面物质损失的 现象。 微动磨损是粘着、腐蚀、磨料、疲劳磨损综合作用的结果。在零件的嵌合部 位及过盈配合处，零件之间虽然没有宏观的相对位移，但在外部变动负荷和振动 的影响下，产生微小的滑动，引起表面微小氧化物脱落，产生的大量细微粉末成 为磨料，从而造成配合件的磨损。 在微动磨损的产生处往往形成蚀坑，微动磨损的绝对磨损量较小，但危害还 是很大，它不仅使配合精度下降，紧配合的机件变松，还可能引起应力集中，使 零件断裂。 微动磨损经常发生在相对静止的配合副中，如驱动桥壳支承孔与半轴套管配 合表面、发动机轴瓦与轴瓦轴承孑l 配合表面、螺栓连接件、键连接处等。 ( 2 ) 断裂 断裂包括裂纹和折断，它是一种最危险的零件失效形式。汽车上约有9 0 以上的断裂可归结为由零件疲劳失效造成，如汽车车架的裂纹、曲轴的裂纹与断 裂、钢板弹簧的裂纹与折断等【1 5 1 。 汽车零件的疲劳是在较长时间内，在交变载荷多次重复作用下导致材料疲劳 而引起的。疲劳断裂的零件所承受的应力通常低于材料的抗拉强度甚至低于材料 的屈服强度，且为突然发生的脆性断裂。 为避免汽车零件发生疲劳断裂，在汽车维修工作中应注意： 汽车零件机械加工修复时，应保证过渡圆角半径和表面粗糙度达到技术要 求； 在零件拆装和存放过程中，避免零件表面发生擦伤和划痕； 在维修检验和检查中，对承受交变载荷的零件应进行无损探伤和监测。 ( 3 ) 变形 汽车零件在长期工作中，由于受到外载荷、工作温度和残余应力的不断作用 与影响，使零件的尺寸或形状发生改变的现象，称为零件的变形。 变形分弹性变形和塑性变形两种【l l 】。 弹性变形 1 4 山东大学硕士学位论文 汽车关键部件故障的相关性分析 弹性变形是指外力去除后能完全恢复的变形。汽车零部件中，通常经过冷校 直的零件( 如连杆) 经一段时间使用后又发生弯曲，这种现象是由弹性后效所引 起的，所以校直后的零件都应进行退火处理。 塑性变形 塑性变形是指外力去除后不能恢复的变形。金属材料塑性变形后在金属中产 生内应力，材料的组织结构和性能将会发生变化，造成金属耐腐蚀性下降，对零 件的性能和使用寿命有很大影响。 ( 4 ) 腐蚀和穴蚀 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坑、斑点等破坏区域。 根据腐蚀机理的不同，腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和氧化腐蚀等。 化学腐蚀：金属与外部介质直接起化学反应而引起零件表面不断腐蚀、脱落 而受到破坏的过程称化学腐蚀。外部介质多数为非电解质溶液，如干燥空气、有 机液体、汽油、润滑剂等。 电化学腐蚀：金属外表面与周围电介质发生电化学作用而有电流产生的腐蚀 称为电化学腐蚀。属于这类腐蚀的有：金属在酸、碱、盐溶液及潮湿空气中的腐 蚀。金属与电介质溶液相接触，形成原电池，零件内电极电位较低的部分遭受腐 蚀。除上述微观的电化学腐蚀外，还有宏观电化学腐蚀，如：汽车电器设备中的 铜制接头或螺栓与车身车架的紧固处，与水接触就构成原电池，使车架本身遭受 腐蚀；铜制节温器与其铝外壳之间的电化学腐蚀等。 氧化腐蚀：金属与空气中的氧或氧化剂起作用，将在金属表面形成氧化膜。 这种氧化作用是在没有腐蚀介质存在的条件下进行的。一般条件下，这种氧化膜 可以对金属基体起保护作用，防止金属继续氧化。 为避免或减轻腐蚀危害，在汽车维修中一方面应做好汽车的清洁( 含干燥) 工作，另一方面应对汽车防腐覆盖层的破损部分及时修补。 穴蚀 穴蚀又称气蚀，多发生在零件与液体接触并有相对运动的条件下。液体与零 山东大学硕士学位论文汽车关键部件故障的相关性分析 件接触处的局部压力比其蒸发压力低的情况下将产生气泡，同时溶解在液体中的 气体亦可能析出。当气泡流到高压区，压力超过气泡压力时使其溃灭，瞬间产生 极大的冲击力和高温。气泡的形成和溃灭的反复作用，使零件表面的材料产生疲 劳而逐渐脱落，呈麻点状，随后扩展呈泡沫海绵状。 严重穴蚀时，其扩展深度很快。穴蚀是一种比较复杂的物理化学破坏现象， 它往往不单纯是机械力所造成的破坏，液体的化学及电化学作用，液体中含有磨 料等均可加剧这一破坏过程。 穴蚀是一种比较复杂的物理化学破坏现象，它往往不单纯是机械力所造成的 破坏，液体的化学及电化学作用，液体中含有磨料等均可加剧这一破坏过程。 汽车发动机的湿式缸套外壁、曲轴轴瓦内表面、水泵叶轮表面和外壳内表面 及液压转向助力系统中可能产生穴蚀。 为避免或减轻穴蚀危害，在汽车维修中应注意： 选用合格气缸套，保证缸套的刚度符合技术要求； 保证缸套在缸体内正确的安装位置，控制缸套在缸体内倾斜偏差； 在技术要求许可范围内，尽可能采用小的活塞缸套的装配间隙； 柴油机加强冷