張 軍

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 江陰 214005）

車輛機(jī)械零件的磨損與預(yù)防策略研究

張 軍

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 江陰 214005）

車輛機(jī)械零件的磨損對(duì)汽車的行車安全、使用壽命等有著重大的影響，文章從零件磨損的各種形式出發(fā)，了解各種磨損形式產(chǎn)生原因，對(duì)其磨損機(jī)理進(jìn)行分析，結(jié)合車輛機(jī)械零件磨損的具體情況，進(jìn)行論證并采取合理的預(yù)防措施，以期能夠預(yù)防和減少零件的磨損。

車輛機(jī)械零件；磨損；危害；預(yù)防策略

車輛的機(jī)械零件是車輛行駛安全和使用壽命的重要保障，通常而言，車輛機(jī)械零件失靈主要是機(jī)械零件磨損、變形、腐蝕、疲勞四類。其中,磨損是車輛的機(jī)械零件失靈的主要形式,據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),機(jī)械零件失靈近80%是由磨損引起的。在車輛的所有部件中，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、活塞、閥門、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)齒輪等在高溫高壓的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，其表面磨損極其嚴(yán)重，從而導(dǎo)致車輛零件的失效，影響車輛的性能，為了確保車輛行駛安全和使用壽命，及時(shí)對(duì)車輛零部件進(jìn)行維修和保養(yǎng)是必不可少的工作。

為更好地保障車輛行駛安全，延長(zhǎng)其使用壽命，同時(shí)減少車輛的日常維修成本，對(duì)車輛零部件的磨損預(yù)防就顯得極為重要。磨損，是兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的材料、物質(zhì)表面，在相互摩擦、作用的情況下，出現(xiàn)物質(zhì)和材料表面不斷損耗的現(xiàn)象，它是一種物理作用力的體現(xiàn)和表現(xiàn)形式。當(dāng)前，我們對(duì)磨損的區(qū)分和定義主要是基于磨損機(jī)理層面而言，通?？梢苑譃橐韵铝N形式，即：粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、氣蝕和微動(dòng)磨損。

1 粘著磨損

粘著磨損又稱咬合磨損，它是指機(jī)械零件相互摩擦部位因高溫導(dǎo)致局部金屬發(fā)生粘著，而使運(yùn)動(dòng)的金屬摩擦表面發(fā)生位移，從而導(dǎo)致粘著處摩擦表面被破壞，產(chǎn)生機(jī)械磨損。當(dāng)零部件發(fā)生粘著磨損時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械的摩擦表面潤(rùn)滑油層被破壞，影響零部件摩擦部位的散熱，有些甚至破壞零件摩擦表面，影響零件性能，釀造機(jī)械事故，因此，該磨損要予以特別的重視和關(guān)注。

根據(jù)粘著點(diǎn)的破壞位置和強(qiáng)度不同，粘著磨損可分為五個(gè)形式：一是輕微磨損，這種磨損的粘著點(diǎn)和強(qiáng)度都較小，剪切發(fā)生在粘著點(diǎn)處，對(duì)機(jī)械零件造成的影響較?。欢峭磕?，這種磨損是由于兩個(gè)摩擦面的硬度存在差異，硬度小的摩擦面材料在發(fā)生接觸時(shí)粘著到了硬度大的摩擦面上，這種常見于渦輪蝸桿摩擦；三是擦傷，這是在摩擦兩面的切合粘著點(diǎn)處，由于摩擦面材料的強(qiáng)度低于剪切的強(qiáng)度，導(dǎo)致摩擦面產(chǎn)生諸如劃痕、擦傷等現(xiàn)象；四是膠合，這是擦傷導(dǎo)致局部摩擦面產(chǎn)生變形和融化現(xiàn)象，是擦傷的惡化體現(xiàn)；五是咬死，這是最為嚴(yán)重的粘著磨損，因摩擦表面的膠合現(xiàn)象惡化，導(dǎo)致粘著面不斷擴(kuò)大，摩擦面損傷嚴(yán)重，導(dǎo)致零件無(wú)法工作，嚴(yán)重的甚至威脅機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致事故。

粘著磨損對(duì)于汽車機(jī)械零件而言，容易在干摩擦、潤(rùn)滑不良和油膜破裂時(shí)發(fā)生，容易導(dǎo)致機(jī)械零件出現(xiàn)擦傷和膠合的現(xiàn)象，同時(shí)，因不同的位置產(chǎn)生的影響也不盡相同，如活塞與氣缸裝配或使用不當(dāng)就容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)拉缸。因此，為減少和避免這一摩擦現(xiàn)象，關(guān)鍵在于選擇合適的材料和潤(rùn)滑物質(zhì)。

（1）確保兩個(gè)摩擦表面存在易剪切薄膜，如油膜、邊界膜和固體潤(rùn)滑劑膜，這些剪切薄膜的存在能夠讓車輛機(jī)械零件之間摩擦更為順暢，更為柔性，減輕兩個(gè)摩擦面間的剛性接觸，使得機(jī)械零件的磨損更小。油膜是潤(rùn)滑油在摩擦表面作用下形成的保護(hù)措施之一，以車輛后橋的主減速器為例，采用雙曲線齒輪油能夠使其準(zhǔn)雙曲線齒輪的摩擦壓力得到有效的釋放和緩解，及時(shí)更換潤(rùn)滑油能夠確保這一零件的長(zhǎng)期使用；同樣，固體潤(rùn)滑劑膜與邊界膜也是如此，主要是起到減小摩擦面摩擦，降低磨損的作用，給機(jī)械零部件相互磨損增加了一個(gè)緩沖劑。需要注意的是，形成的易剪切薄膜需要定時(shí)的檢查，及時(shí)更換。

（2）選擇合適的摩擦副配對(duì)材料。通常而言，合適的摩擦副配對(duì)材料是不易發(fā)生粘著磨損的，因此互溶性小的材料因其粘著傾向較小，故配對(duì)較為合適；當(dāng)然還可以采取另一思路，在兩種摩擦表面材料中，其中一種選擇表層較弱的金屬，這樣即使發(fā)生粘著磨損，其磨損也是極其有限的。因此，在實(shí)際的運(yùn)用中，可以根據(jù)相關(guān)的車輛零部件需求，靈活使用。

（3）通過(guò)電鍍、表面處理技術(shù)對(duì)零件表面進(jìn)行保護(hù)層處理，這樣可以減小摩擦面的材料互溶性，能夠較為有效地防止粘著磨損現(xiàn)象發(fā)生。

2 磨料磨損

磨料磨損較為復(fù)雜，它是摩擦面表面與硬質(zhì)顆粒或凸出物相互作用而導(dǎo)致材料表面損失的現(xiàn)象，這些硬質(zhì)顆粒或凸出物就是磨料的體現(xiàn)，因此磨料磨損很大程度上與磨料的性質(zhì)、形狀、尺寸、位置、固定程度、負(fù)荷強(qiáng)度、被磨材料表面屬性甚至外部環(huán)境都存在一定的關(guān)聯(lián)。

當(dāng)前，關(guān)于磨料磨損的機(jī)理假說(shuō)，有以下四種：一是以微量切削為主的假說(shuō)，它認(rèn)為，磨損是從材料表面微量的切屑引起和造成的，這一假說(shuō)認(rèn)為，機(jī)械零件在摩擦?xí)r，會(huì)發(fā)生兩個(gè)過(guò)程，即材料摩擦擠壓，形成擦痕；擦痕在摩擦過(guò)程中變成切削材料，從而產(chǎn)生磨屑，最終形成磨料磨損。二是以疲勞破壞為主的假說(shuō)，這一觀點(diǎn)認(rèn)為，摩擦面在與剪切面磨料進(jìn)行摩擦?xí)r，摩擦面會(huì)經(jīng)多次塑性變形，從而會(huì)導(dǎo)致磨料疲勞磨損，相應(yīng)的顆粒物質(zhì)從其表層脫落，這一觀點(diǎn)也提出并認(rèn)可存在磨料直接切下摩擦材料這一情形的存在。三是以壓痕為主的假說(shuō)，該假說(shuō)在塑性較大的零件中體現(xiàn)較為明顯，該觀點(diǎn)認(rèn)為，磨料通過(guò)壓力將摩擦材料表面壓入剪切點(diǎn)，這容易使材料表面形成溝槽，也使材料產(chǎn)生較為嚴(yán)重的擠壓變形，相應(yīng)的，壓痕溝槽的兩側(cè)就被完全破壞，導(dǎo)致磨料磨損。四是認(rèn)為斷裂是導(dǎo)致磨料磨損的主要作用力，這一觀點(diǎn)針對(duì)的就是脆性易斷裂材料，與壓痕假說(shuō)的觀點(diǎn)一致，在材料與磨料摩擦超過(guò)一定強(qiáng)度時(shí)，對(duì)于脆性材料而言很容易形成裂紋甚至斷裂，在壓力的作用下，都會(huì)使材料產(chǎn)生微粒脫落，形成磨屑。

對(duì)于車輛零件而言，磨料磨損危害較大，零件因此受損嚴(yán)重，磨料在車輛的零件中，來(lái)源多樣。以發(fā)動(dòng)機(jī)為例，空氣中的塵埃沙礫、燃油中的雜質(zhì)、油底殼的鐵屑等等，都能通過(guò)各種不同的途徑進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)中成為磨料，這些磨料會(huì)破壞潤(rùn)滑油的油膜，損壞零件表面，使零件的磨損更加嚴(yán)重，嚴(yán)重的可能會(huì)引起零件卡滯，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命，加劇氣缸等主要部件的磨損程度，從而影響車輛的安全，增加維修成本。

針對(duì)磨料磨損，現(xiàn)階段的重要做法還是采取各種方式阻止或減少磨料進(jìn)入車輛零件中。具體的做法有：首先，在車輛零件裝配時(shí)，要注意保持零件的干凈整潔；其次在日常的使用和保養(yǎng)中，要及時(shí)對(duì)濾清設(shè)備進(jìn)行清潔和更換，對(duì)各個(gè)接口和結(jié)合面進(jìn)行檢查，看是否松動(dòng)和損壞；第三，在車輛維修保養(yǎng)時(shí)，避免揚(yáng)塵、空氣環(huán)境較差的地方，盡量選擇清潔的地方；最后，通過(guò)諸如鍍鉻、激光淬火等各種方式增加零件表面硬度，提高零件的耐磨性。

3 疲勞磨損

疲勞磨損是指摩擦表面部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榻佑|應(yīng)力的作用，摩擦表面材料的疲勞損傷是由顆粒剝落和凹陷現(xiàn)象引起的。疲勞磨損的主要原因還是循環(huán)接觸應(yīng)力的作用，這一作用力周而復(fù)始，持續(xù)不斷，這就使摩擦副工作表面會(huì)形成裂紋，隨著裂紋的不斷擴(kuò)大，就會(huì)引起材料剝落，因此，疲勞磨損的程度取決于接觸運(yùn)動(dòng)的形式和強(qiáng)度；疲勞磨損主要會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)過(guò)程，一是疲勞裂紋的產(chǎn)生，二是裂紋的擴(kuò)大直至表層微粒的脫落。

汽車機(jī)械零件的疲勞磨損相對(duì)較小，多集中于傳動(dòng)、滾動(dòng)零件上，如傳動(dòng)齒輪副嚙合面、滾動(dòng)軸承中的滾珠等零件。疲勞磨損在零件上的表現(xiàn)形式是磨損表面出現(xiàn)裂紋和腐蝕點(diǎn)，麻點(diǎn)和顆粒凹坑增多，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生表層脫落，對(duì)于汽車機(jī)械零件而言，一旦出現(xiàn)疲勞磨損現(xiàn)象，零件的振動(dòng)和噪聲會(huì)加大，摩擦加劇，使零件失去工作能力，影響到汽車的安全和壽命。

針對(duì)汽車零件的疲勞磨損，可以采取以下方式來(lái)避免和預(yù)防：一是提升零件表層材料的質(zhì)量，減少材料中的各類雜質(zhì)，提升材料的純潔度，這主要是由于大部分的雜質(zhì)既硬且脆，沒(méi)有規(guī)律，容易在應(yīng)力作用下形成裂紋；二是提升零件表層的品質(zhì)，這主要體現(xiàn)在零件表面的粗糙度上，零件表面越精密，無(wú)糙點(diǎn)，其抗疲勞能力越強(qiáng)，因此，通過(guò)真空冶煉等方式生產(chǎn)，減少零件表面的擦痕、雜物、凹凸坑等易導(dǎo)致零件磨損的情形出現(xiàn)，使材料表面更加光潔明亮；三是改進(jìn)材料表層工藝，通過(guò)噴丸、激光表面沖擊等方式，使零件的表面獲得殘余壓應(yīng)力，提升零件的疲勞磨損能力。

4 腐蝕磨損

腐蝕磨損與其他磨損有一定的區(qū)別，它是腐蝕與摩擦共同作用的結(jié)果，它指的是腐蝕性氣體和液體環(huán)境的部分，由于摩擦的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與周圍介質(zhì)化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)的摩擦表面材料發(fā)生，并伴隨著機(jī)械作用和引起材料磨損現(xiàn)象。因此，腐蝕磨損的程度不僅僅基于摩擦的強(qiáng)度，也與所處的介質(zhì)環(huán)境有著密切的關(guān)系，在高溫或潮濕的環(huán)境中，其腐蝕磨損必然是更為嚴(yán)重的，因?yàn)楦g環(huán)境的化學(xué)反應(yīng)會(huì)加劇因機(jī)械摩擦帶來(lái)的物質(zhì)脫落情形。

氧化磨損和特殊介質(zhì)腐蝕磨損是腐蝕磨損的常見形式。氧化磨損較為常見，也是一種較為緩慢的磨損形式，它是零件在摩擦過(guò)程中，金屬與周圍環(huán)境中的氧分子發(fā)生反應(yīng)，形成新的金屬氧化物，而這些金屬氧化物又在摩擦過(guò)程中，除了脫落外，還會(huì)進(jìn)一步向零件內(nèi)部進(jìn)行氧化，最終使零件表層形成一層氧化物，而這些氧化物在摩擦力的作用下，分離脫落，形成氧化磨損。相對(duì)于氧化磨損，特殊介質(zhì)腐蝕磨損較為少見，但是其作用劇烈，危害極大，通常而言，摩擦表面的金屬材料與特殊腐蝕介質(zhì)（酸、堿、鹽等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕物，導(dǎo)致摩擦表面材料不斷腐蝕磨損，其基本原理與氧化磨損一致，所不同的是，特殊介質(zhì)的化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了腐蝕產(chǎn)物，對(duì)零件帶來(lái)較大的危害。

對(duì)于汽車機(jī)械的零件而言，氣缸的低溫腐蝕磨損是較為常見和典型的一種腐蝕磨損形式，這是因?yàn)闅飧子邢鄳?yīng)的腐蝕介質(zhì)和環(huán)境。氣缸因?yàn)槿加腿紵年P(guān)系，存在著大量的碳、硫等氧化物，包括水蒸氣和有機(jī)酸等腐蝕性物質(zhì)，會(huì)與氣缸壁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)其氣溫低于60℃時(shí)，水蒸氣變成水依附在汽缸壁上，就能夠較為容易的形成腐蝕介質(zhì)，形成腐蝕磨損，破壞氣缸，使其磨損速度大大加快。

預(yù)防和減輕汽車機(jī)械零件的腐蝕磨損，首先需要養(yǎng)成良好的用車習(xí)慣，減少車輛啟動(dòng)頻率，平穩(wěn)行駛，不突然加減速，避免發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在低溫下運(yùn)行工作，這樣能夠減少腐蝕介質(zhì)的產(chǎn)生，就能較好地避免和減少腐蝕磨損；其次，對(duì)易受腐蝕威脅的零件進(jìn)行表面改進(jìn)處理，通過(guò)鍍鉻、錫等防腐蝕保護(hù)層，加強(qiáng)對(duì)材料的表層防腐處理，減緩零件的腐蝕磨損。

5 氣蝕與微動(dòng)磨損

氣蝕與微動(dòng)磨損都與腐蝕磨損有一定的關(guān)聯(lián)，只是兩者的表現(xiàn)形式略有區(qū)別而已。氣蝕并不是在空氣中產(chǎn)生，而是在液體環(huán)境中產(chǎn)生的氣泡導(dǎo)致的磨損；微動(dòng)磨損則是在零部件輕微摩擦磨損下，兩個(gè)摩擦面因介質(zhì)環(huán)境而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而形成腐蝕磨損，但因其在微動(dòng)磨損環(huán)境下，故稱為微動(dòng)磨損。

氣蝕與微動(dòng)磨損均在機(jī)械運(yùn)動(dòng)磨損產(chǎn)生之后，因氣泡和氧化物質(zhì)的存在，使其表現(xiàn)形式有所不同。氣蝕是在液體環(huán)境中，因壓力的變化導(dǎo)致溶于水中的氣體變成氣泡被釋放出來(lái)，而在氣體釋放的瞬間，會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊力，這樣的作用力長(zhǎng)期積累下來(lái)，就會(huì)使材料表層形成腐蝕穴，最終導(dǎo)致材料被腐蝕磨損。在汽車零件中，氣蝕也多見于氣缸中，而且其對(duì)氣缸造成的影響會(huì)遠(yuǎn)大于腐蝕磨損，因此，除了防止和減少氣泡形成外，還需要讓形成的氣泡盡可能遠(yuǎn)離零件表面的地方破裂，這就可以通過(guò)增加氣缸的剛度，降低其振動(dòng)幅度，增加水套的寬度，消除管路中的水滯留，使氣泡能及時(shí)排出汽車零件中。

微動(dòng)磨損主要存在于零件的連接處和零件的相互關(guān)聯(lián)處，雖其絕對(duì)損耗小，但微動(dòng)磨損的損傷也很大：零件的擬合精度降低，零件松動(dòng)，嚴(yán)重的會(huì)引起應(yīng)力集中，降低零件疲勞強(qiáng)度，從而引起零件疲勞斷裂。因此，對(duì)其預(yù)防主要還是需要降低零件的振動(dòng)，對(duì)配合緊的零件，需有足夠的預(yù)緊力；同時(shí)，在零件配合表層涂覆潤(rùn)滑劑，減輕摩擦表層的氧化作用，從而減緩零件的微動(dòng)磨損。

6 結(jié)語(yǔ)

車輛機(jī)械零件的磨損對(duì)車輛的行駛安全存在著較大的危害，對(duì)車輛的使用壽命也有極大的影響，在磨損發(fā)生時(shí)也容易增加車輛的維修成本，為更好地避免和減少以上情形的發(fā)生，在車輛磨損上要提前預(yù)防，有的放矢，綜合考慮各方面因素，采取合理的方式方法預(yù)防和減少車輛機(jī)械零件磨損，從而提升車輛的性能，推動(dòng)我國(guó)車輛產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)的提升，促進(jìn)我國(guó)車輛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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張軍（1974-），男，江蘇贛榆人，講師，主要研究方向：車輛電氣電子與自動(dòng)化技術(shù)。