2.3 汽车常用零件的变形与疲劳破坏（课件）-《汽车机械基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

同步精品课程——中职专业课 第3章 构件的承载能力分析 2.3 汽车常用零件的变形与疲劳破坏 《汽车机械基础》（第2版） 机工版 1 知识目标 1.掌握汽车常用零件的变形 2.理解汽车零部件的疲劳破坏 教学目标 加工工表明 导入情景 汽车在使用过程中，随着行驶里程的不断增加，汽车零件技术状况会逐渐变坏甚至失效从而导致汽车动力性下降、经济性变差、可靠性变坏，严重时会导致汽车故障。汽车零件的变形和疲劳破坏是汽车零件失效的重要原因。 01 新知学习 2.3 汽车常用零件的变形与疲劳破坏 2.3.1 汽车常用零件的变形 在使用过程中，由于承载和内部应力的作用，零件的尺寸和形状改变的现象称为变形。汽车零件的变形，尤其是基础件如曲轴、离合器摩擦片、变速器轴等的变形，会导致各零件正常的配合性质被破坏，使零件的磨损加剧，使用寿命降低，甚至导致各零件不能正常运动，失去工作能力。 02 新知学习 1.零件变形失效的分类 (1)弹性变性失效 弹性变形是指外力去除后能完全恢复的变形。弹性变形失效是指零件在外力作用下发生弹性挠曲，其挠度超过许用值而破坏零件间相对位置精度的现象。 (2)塑性变形失效 塑性变形是指外力去除后不能恢复的变形。塑性变形失效是指零件的工作压力超过材料的屈服强度，因塑性变形而导致的失效。 (3)蠕变 是指材料在一定应力(或载荷)作用下，随时间延长，变形不断增加的现象。蠕变变形失效是由于蠕变过程不断发生，产生的蠕变变形量或蠕变速度超过金属材料蠕变极限而导致的失效。 02 新知学习 2.汽车常见零部件变形的影响 发动机气缸体、变速器壳体、驱动桥壳体都是汽车中的基础件。基础件即保证本组合件或总成中的所有组成部分(零件)均处于规定位置的零件。如果基础件变形，会破坏总成中各零件间的正确位置关系。 1)发动机气缸体变形会造成气缸磨损量增加、轴颈和轴瓦磨损加剧、加速曲轴疲劳失效等后果。 2)曲轴弯曲变形会破坏动平衡，引起发动机工作振动，噪声增大，严重时会导致发动机无法正常运行。 02 新知学习 3)变速器壳体变形会使传动系统产生动载荷，从而使变速器的技术状况恶化，严重时将会引起变速器脱档。此外，变速器壳体变形还会加剧齿轮的磨损、点蚀和剥落现象。 4)驱动桥壳体变形会使汽车两半轴轴线不重合，后轮运动不正常，加剧轮胎的磨损，使汽车传动效率降低，行驶阻力增大，滑行性能变差，严重时还会影响汽车的制动性能，并使半轴承受过大的弯曲应力，易发生断裂。 5)车架弯曲变形会破坏汽车各总成的相对位置，引起总成早期损坏，导致轮胎异常磨损，此外还会产生异响。车架的变形会影响汽车行驶的稳定性和制动效果，降低使用寿命，危及行车安全。 02 新知学习 3.零件变形的原因 汽车零件在使用中变形通常有以下三方面的原因，即内应力、外载荷和温度。 (1)内应力的影响 汽车零件变形受内应力的影响包括两方面:一是因零件在工作过程中各部分的冷却速度不同引起的热应力;二是由于零件制造加工过程中产生的残余内应力。铸铁的残余内应力长期作用会使其弹性极限降低，并且产生减小内应力的塑性变形，这种现象称为内应力松弛，零件则会因内应力松弛而产生变形。 (2)外载荷的影响 汽车零件在工作过程中，由于传递力或转矩而承受外载荷，尤其在汽车满载或超载工作时，外载荷将在零件内部产生各种应力，如果应力超过了材料的屈服强度，则会导致零件产生塑性变形。 02 新知学习 (3)温度的影响 由于金属的弹性极限随温度的升高而降低，同时在高温作用下内应力松弛进行得更彻底，所以在温度较高的条件下工作的零件更容易变形。 气缸体作为发动机所有零件和总成的安装骨架，其结构形状复杂，内部断面大多是在外载荷和高温的共同作用下工作的，且各相连部分厚薄不均，在加工制造时容易形成较大的热应力和残余内应力;发动机工作时，气缸内气体温度可达2500K以上，压力可达6.0-9.0MPa，在高温、高压和交变载荷的作用下，曲柄连杆机构承受的惯性力增大，气缸壁和主轴承座孔承受的动载荷也随之增大，从而使气缸体发生变形。 02 新知学习 2.3.2 汽车零部件的疲劳破坏 零件在交变应力作用下，经过较长时间工作而发生的断裂现象称为疲劳断裂。零件在交变载荷的作用下，经过一定时间的工作后，性能被破坏，在应力集中部位形成微小裂纹。随着工作时间的延长，裂纹逐渐扩展，使零件的有效承载截而逐渐减小，应力集中的作用不断增大。当裂纹扩展到一定程度时，应力集中的作用加剧，裂纹的扩展加速，零件的有效承载截面越来越小，直至最后因强度不足而发生突然断裂。疲劳破坏是汽车零件常见及危害性最大的一种失效形式。汽车上有90%以上的断裂可归结为零件的疲淼失效，如曲轴、连杆、连杆螺栓、气门、气缸套、转向节、横拉杆、半轴、车架、钢板弹簧等零件的断裂，绝大多数属于疲劳断