八字齿轮的位置(八字齿轮的位置怎么判断)

专业，行星齿轮热处理后开裂失效分析

应用于行星齿轮减速机的38件行星齿轮，其钢材18Cr2Ni4WA由A公司和B公司两个单位供货。这38件相同材料的行星齿轮经同炉热处理后，发现A公司供料的8件未见裂纹，而B公司供料的30件均有裂纹。

行星齿轮材质为18Cr2Ni4WA钢，热处理工艺为：渗碳930℃×1.1%C+930℃×0.85%C+840℃×0.68%C后炉冷至780℃出炉空冷，然后650℃两次高温回火，二次加热840℃×0.68%保温4h后淬火，油淬（油温65℃）+深冷处理+回火工艺180℃保温6h。

出现的问题是：由A公司和B公司供应相同牌号的齿轮材料18Cr2Ni4W钢，在同炉中进行正火和高温回火以及后面相同工艺的渗碳、淬火后，出现了完全不同的结果——A公司材料的8件未见裂纹，B公司材料的30件均有裂纹。其原因是什么？这是目前我们最关心的问题。

通过宏观观察、微观观察、金相检查、硬度测试以及能谱分析，我们确定了行星齿轮的开裂性质，并对其开裂原因进行了分析。

结果表明：行星齿轮开裂性质为热处理内应力作用下产生的沿晶脆性开裂。A公司和B公司材料轮齿心部组织均为马氏体，B公司材料马氏体组织较粗大；B公司材料轮齿心部晶粒大小不均，且较A公司材料齿心部晶粒大；B公司材料齿心部硬度和齿面渗碳层硬度均较A公司材料高。B公司材料轮齿开裂与组织和晶粒粗大、晶粒大小不均匀以及硬度较高等因素有关。

（1）宏观观察

行星齿轮开裂宏观形貌如图1、图2所示。开裂位置均位于齿的两个端面附近。裂纹荧光检测显示如图3所示，裂纹靠近齿轮两端，呈八字形貌。裂纹宏观形貌如图4所示：端面上裂纹没有扩展到齿面层（见图4a），心部裂纹的张口最宽；齿面上的裂纹没有扩展到端面和齿顶（见图4b）。

图1 齿轮全貌、轮齿掉角

图2 齿轮掉皮、掉角

图3 荧光检测的裂纹

图4 轮齿端面和齿面上的裂纹

（a）端面上裂纹 （b）齿面上的裂纹

裂纹断口宏观形貌如图5所示，各断口均呈一定金属光泽，断口尺寸较大的轮齿断口（称之为轮齿断口1），心部有一区域可见光亮的金属刻面（见图5a），断口较小的轮齿断口（称之为轮齿断口2）心部区域未见明显的金属刻面区（见图5b）。

（a）轮齿断口1 （b）轮齿断口2

图5 轮齿断口1和断口2的形貌

将裂纹断口超声波清洗后进行微观观察。轮齿断口1的微观形貌如图6和图7所示，裂纹断口心部形貌具有沿晶断裂特征。断口心部金属刻面区微观形貌呈沿晶断裂特征，且晶粒较粗大，靠近心部区域呈沿晶+准解理特征，且随着向边缘靠近，准解理特征所占比重逐渐增加，渗碳层呈准解理特征。

（a）16× （b） 200×

图6 轮齿断口1的微观形貌

（a）500× （b）500×

图7 轮齿断口1渗碳层微观形貌

轮齿断口2的断口微观形貌与轮齿断口1相似，断口心部很小的区域呈沿晶断裂特征，且晶粒较粗大，心部其他区域呈沿晶+准解理特征，渗碳层呈准解理特征。

人工打断B公司和A公司材料的轮齿，断口均呈等轴韧窝特征，如图8、图9所示。

图8 B公司料断口（500×）

对轮齿断口1的裂纹断口进行能谱分析，结果如表1所示。裂纹断口未见明显异常元素。

表1 能谱分析结果（质量分数） （%）

（3）金相检查

金相检查取样：分别在B公司和A公司材料齿轮上从齿顶中心位置截取径向截面试样，磨、抛、腐蚀后进行金相组织检查。B公司和A公司材料轮齿的心部组织均为马氏体（见图10、图11），前者组织较粗大。

图10 B公司材料的心部组织

A公司材料轮齿边缘渗碳层碳化物呈网状分布（见图12），B公司材料轮齿边缘渗碳层碳化物网状分布不明显（见图13）。

图12 A公司材料渗碳层金相组织

图13 B公司材料渗碳层金相组织

轮齿断口1的裂纹断口沿晶开裂区附近为马氏体组织，如图14所示。B公司材料和A公司材料轮齿心部晶粒形貌如图15和图16所示。B公司材料轮齿心部晶粒大小不均匀，且晶粒明显较A公司材料轮齿心部晶粒粗大。

图14 断口沿晶开裂区附近金相组织

图15 B公司材料齿心部晶粒形貌

图16 A公司材料齿心部晶粒形貌

（4）硬度测量 分别从A公司材料和B公司材料齿轮上截取垂直于齿轮轴向的横截面试样，磨、抛后对齿心部进行显微硬度测试，结果如表2所示。B公司材料轮齿心部显微硬度平均值约为465.76HV，高于A公司材料齿心部显微硬度（427.90HV）。B公司材料轮齿心部显微硬度转换成洛氏硬度约为46.5HRC，A公司材料齿心部显微硬度转换成洛氏硬度约为44HRC，技术要求36～44HRC。

表2 齿轮齿心部显微硬度测试结果 （HV）

采用硬度梯度方法对渗碳层深度进行测量，渗层深度以550HV处深度为准，结果如表3所示。A公司材料齿面渗碳层深度为2.148mm，B公司材料齿面渗碳层深度为2.282mm，均符合2.0～2.4mm的技术要求。B公司材料齿面渗碳层硬度和深度均大于A公司材料。

表3 齿轮齿面渗层硬度梯度 （HV）

（1）宏观观察显示，齿端面上裂纹没有扩展到两侧齿面，齿面上裂纹没有扩展到端面和齿顶，横截面上裂纹心部张口最宽，裂纹断口均未见明显扩展台阶。由此可判断，齿轮从轮齿心部首先开裂。

齿轮磨削烧伤检测仪快速无损检测各种齿轮表面磨削烧伤情况

（2）微观观察显示，齿轮裂纹断口的心部，局部呈现沿晶开裂特征，心部其他区域呈现沿晶+准解理开裂特征。由此可判断行星齿轮开裂性质为沿晶脆性开裂。

（3）裂纹从心部开裂，裂纹断口心部呈沿晶特征，以及沿晶+准解理特征，而轮齿心部人工打开断口呈现韧窝特征。由此可判断，裂纹在高温内应力作用下形成。裂纹断口均呈一定的金属光泽，未见明显氧化。

（4）淬火过程中，渗碳层和基体由于温差和组织的差异，变形不一致而产生内应力。热处理产生的内应力都比较复杂。轮齿开裂的部位，均位于轮齿端面附近4个渗碳层交汇的基体及过渡层处，此区域正好具有较高的内应力。结合热处理工艺可判断，裂纹很有可能产生于第二次渗碳后的油淬工艺过程中。

（5）金相检查显示，B公司材料和A公司材料齿心部组织均为马氏体。与A公司材料相比，B公司材料马氏体组织较粗大，轮齿心部晶粒大小不均。

（6）硬度测试显示，B公司材料轮齿心部硬度和齿面渗碳层硬度均较A公司材料高。组织和晶粒粗大、晶粒大小不均匀以及硬度较高，均会促进淬火过程中裂纹的萌生。

（7）A公司材料和B公司材料齿轮，经过同炉和相同的热处理工艺过程，但出现完全不同的结果：A公司材料齿轮完好，而B公司材料掉皮、掉角。由此可判断，B公司和A公司的原材料应该存在一定差异。

综上所述，可得到以下结论：

（1）根据断口的宏观观察和微观观察结果得知，行星齿轮开裂性质为热处理内应力作用下产生的沿晶脆性开裂。

（2）B公司材料马氏体组织较粗大，心部晶粒大小不均，且较A公司材料晶粒大，轮齿的心部硬度和齿面渗碳层硬度均较A公司材料高。由此可以判断，B公司材料轮齿开裂与马氏体组织粗大、晶粒大且大小不均匀、以及硬度较高等因素有关。

（3）行星齿轮材质为高强度中合金渗碳钢18Cr2Ni4WA。这是一种强度高，韧性、淬透性良好，缺口敏感性低的制造齿轮的高档材料，但是工艺性能较差，它对原材料的化学成分、晶粒度等的一致性要求较高，否则就会影响热处理工艺的合理安排。

如何准确调整齿轮滚刀安装角以及计算口诀

【编者】在滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，滚刀安装角的调整方法及计算口诀，借助于该口诀，能够方便地进行滚刀安装角大小计算及偏转方向确定，从而迅速进行滚刀安装。

在滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，为了切出准确的齿形，应使滚刀和工件处于正确的“啮合”位置，即保证滚刀刀齿的排列方向与齿轮齿槽方向一致，从而加工出一定螺旋角的齿轮齿槽。为此，在加工齿轮前须将滚刀轴线相对于齿轮顶面偏转一定的角度进行安装，该偏转角称为滚刀安装角，用δ表示。滚刀安装角δ的大小和方向不仅与滚刀螺旋升角ω大小和方向有关，还与被加工齿轮的螺旋角β的大小和方向有关，这就给滚刀的实际调整安装带来了不便。因此总结出“八字口诀”，来帮助滚刀的调整安装。

　　　　滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀轴线偏转情况，其安装角大小为：δ＝β±ω（β＞ω）　　　　（a）右旋滚刀滚切右旋齿轮（b）左旋滚刀滚切右旋齿轮　　　　（c）右旋滚刀滚切左旋齿轮（d）左旋滚刀滚切左旋齿轮　　　　滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀的安装角　　　　当滚刀的螺旋升角ω的旋向与齿轮螺旋角β的旋向相同时，滚刀安装角δ的大小为β-ω；当滚刀的螺旋升角ω的旋向与齿轮螺旋角β的旋向不同时，滚刀安装角δ的大小为β＋ω。滚刀安装角δ的偏转方向与被加工齿轮的旋向有关，当加工右旋齿轮时，滚刀逆时针偏转；当加工左旋齿轮时，滚刀顺时针偏转。根据以上分析，可总结出如下口诀：“同减异加，右逆左顺。”　　　　同减异加：是指当滚刀的螺旋升角ω的旋向与齿轮的螺旋角β的旋向相同时，滚刀安装角计算公式取“-”号；当滚刀的螺旋升角ω的旋向与齿轮的螺旋角β的旋向不同时，滚刀安装角计算公式取“+”号。　　　　右逆左顺：是指当加工右旋齿轮时，滚刀逆时针偏转安装角δ；加工左旋齿轮时，滚刀顺时针偏转安装角δ。　　　　例如：用ω＝2°的左旋滚刀加工β＝20°的左旋齿轮时，则对照口诀用“同减”和“左顺”来确定。即：滚刀的安装角大小为δ＝β-ω＝20°-2°＝18°，方向为顺时针偏转。　　　　又如：用ω＝2°的左旋滚刀加工β＝20°的右旋齿轮时，则对照口诀用：“异加”和“右逆”来计算和偏转。即：滚刀的安装角大小为δ＝β＋ω＝20°＋2°＝22°，方向为逆时针偏转。　　　　加工直齿轮时，因β＝0°，则滚刀安装角δ为：　　　　δ＝±ω　　　　其偏转方向决定于滚刀的螺旋升角ω的旋向，即左旋时逆时针偏转ω，右旋时顺时针偏转ω，此时不必用以上口诀。

专业，行星齿轮热处理后开裂失效分析

　　应用于行星齿轮减速机的38件行星齿轮，其钢材18Cr2Ni4WA由A公司和B公司两个单位供货。这38件相同材料的行星齿轮经同炉热处理后，发现A公司供料的8件未见裂纹，而B公司供料的30件均有裂纹。

　　行星齿轮材质为18Cr2Ni4WA钢，热处理工艺为：渗碳930℃×1.1%C+930℃×0.85%C+840℃×0.68%C后炉冷至780℃出炉空冷，然后650℃两次高温回火，二次加热840℃×0.68%保温4h后淬火，油淬（油温65℃）+深冷处理+回火工艺180℃保温6h。

专业，行星齿轮热处理后开裂失效分析

　　出现的问题是：由A公司和B公司供应相同牌号的齿轮材料18Cr2Ni4W钢，在同炉中进行正火和高温回火以及后面相同工艺的渗碳、淬火后，出现了完全不同的结果——A公司材料的8件未见裂纹，B公司材料的30件均有裂纹。其原因是什么？这是目前我们最关心的问题。

　　通过宏观观察、微观观察、金相检查、硬度测试以及能谱分析，我们确定了行星齿轮的开裂性质，并对其开裂原因进行了分析。

专业，行星齿轮热处理后开裂失效分析

　　结果表明：行星齿轮开裂性质为热处理内应力作用下产生的沿晶脆性开裂。A公司和B公司材料轮齿心部组织均为马氏体，B公司材料马氏体组织较粗大；B公司材料轮齿心部晶粒大小不均，且较A公司材料齿心部晶粒大；B公司材料齿心部硬度和齿面渗碳层硬度均较A公司材料高。B公司材料轮齿开裂与组织和晶粒粗大、晶粒大小不均匀以及硬度较高等因素有关。

　　1.试验过程与结果

　　（1）宏观观察

　　行星齿轮开裂宏观形貌如图1、图2所示。开裂位置均位于齿的两个端面附近。裂纹荧光检测显示如图3所示，裂纹靠近齿轮两端，呈八字形貌。裂纹宏观形貌如图4所示：端面上裂纹没有扩展到齿面层（见图4a），心部裂纹的张口最宽；齿面上的裂纹没有扩展到端面和齿顶。

专业，行星齿轮热处理后开裂失效分析

　　（a）端面上裂纹 （b）齿面上的裂纹

　　图4 轮齿端面和齿面上的裂纹

　　裂纹断口宏观形貌如图5所示，各断口均呈一定金属光泽，断口尺寸较大的轮齿断口（称之为轮齿断口1），心部有一区域可见光亮的金属刻面，断口较小的轮齿断口（称之为轮齿断口2）心部区域未见明显的金属刻面区。

　　（2）微观观察

　　将裂纹断口超声波清洗后进行微观观察。轮齿断口1的微观形貌如图6和图7所示，裂纹断口心部形貌具有沿晶断裂特征。断口心部金属刻面区微观形貌呈沿晶断裂特征，且晶粒较粗大，靠近心部区域呈沿晶+准解理特征，且随着向边缘靠近，准解理特征所占比重逐渐增加，渗碳层呈准解理特征。

专业，行星齿轮热处理后开裂失效分析

　　轮齿断口2的断口微观形貌与轮齿断口1相似，断口心部很小的区域呈沿晶断裂特征，且晶粒较粗大，心部其他区域呈沿晶+准解理特征，渗碳层呈准解理特征。

　　人工打断B公司和A公司材料的轮齿，断口均呈等轴韧窝特征。

　　对轮齿断口1的裂纹断口进行能谱分析，结果如表1所示。裂纹断口未见明显异常元素。

　　表1 能谱分析结果（质量分数）

　　（3）金相检查

　　金相检查取样：分别在B公司和A公司材料齿轮上从齿顶中心位置截取径向截面试样，磨、抛、腐蚀后进行金相组织检查。B公司和A公司材料轮齿的心部组织均为马氏体（见图10、图11），前者组织较粗大。

　　A公司材料轮齿边缘渗碳层碳化物呈网状分布（见图12），B公司材料轮齿边缘渗碳层碳化物网状分布不明显。

专业，行星齿轮热处理后开裂失效分析

　　轮齿断口1的裂纹断口沿晶开裂区附近为马氏体组织，如图14所示。B公司材料和A公司材料轮齿心部晶粒形貌如图15和图16所示。B公司材料轮齿心部晶粒大小不均匀，且晶粒明显较A公司材料轮齿心部晶粒粗大。

　　（4）硬度测量 分别从A公司材料和B公司材料齿轮上截取垂直于齿轮轴向的横截面试样，磨、抛后对齿心部进行显微硬度测试，结果如表2所示。B公司材料轮齿心部显微硬度平均值约为465.76HV，高于A公司材料齿心部显微硬度（427.90HV）。B公司材料轮齿心部显微硬度转换成洛氏硬度约为46.5HRC，A公司材料齿心部显微硬度转换成洛氏硬度约为44HRC，技术要求36～44HRC。

　　表2 齿轮齿心部显微硬度测试结果 （HV）

　　采用硬度梯度方法对渗碳层深度进行测量，渗层深度以550HV处深度为准，结果如表3所示。A公司材料齿面渗碳层深度为2.148mm，B公司材料齿面渗碳层深度为2.282mm，均符合2.0～2.4mm的技术要求。B公司材料齿面渗碳层硬度和深度均大于A公司材料。

　　表3 齿轮齿面渗层硬度梯度 （HV）

　　2.分析与讨论

　　（1）宏观观察显示，齿端面上裂纹没有扩展到两侧齿面，齿面上裂纹没有扩展到端面和齿顶，横截面上裂纹心部张口最宽，裂纹断口均未见明显扩展台阶。由此可判断，齿轮从轮齿心部首先开裂。

　　（2）微观观察显示，齿轮裂纹断口的心部，局部呈现沿晶开裂特征，心部其他区域呈现沿晶+准解理开裂特征。由此可判断行星齿轮开裂性质为沿晶脆性开裂。

　　（3）裂纹从心部开裂，裂纹断口心部呈沿晶特征，以及沿晶+准解理特征，而轮齿心部人工打开断口呈现韧窝特征。由此可判断，裂纹在高温内应力作用下形成。裂纹断口均呈一定的金属光泽，未见明显氧化。

　　（4）淬火过程中，渗碳层和基体由于温差和组织的差异，变形不一致而产生内应力。热处理产生的内应力都比较复杂。轮齿开裂的部位，均位于轮齿端面附近4个渗碳层交汇的基体及过渡层处，此区域正好具有较高的内应力。结合热处理工艺可判断，裂纹很有可能产生于第二次渗碳后的油淬工艺过程中。

　　（5）金相检查显示，B公司材料和A公司材料齿心部组织均为马氏体。与A公司材料相比，B公司材料马氏体组织较粗大，轮齿心部晶粒大小不均。

　　（6）硬度测试显示，B公司材料轮齿心部硬度和齿面渗碳层硬度均较A公司材料高。组织和晶粒粗大、晶粒大小不均匀以及硬度较高，均会促进淬火过程中裂纹的萌生。

　　（7）A公司材料和B公司材料齿轮，经过同炉和相同的热处理工艺过程，但出现完全不同的结果：A公司材料齿轮完好，而B公司材料掉皮、掉角。由此可判断，B公司和A公司的原材料应该存在一定差异。

　　3.结语与建议

　　综上所述，可得到以下结论：

　　（1）根据断口的宏观观察和微观观察结果得知，行星齿轮开裂性质为热处理内应力作用下产生的沿晶脆性开裂。

　　（2）B公司材料马氏体组织较粗大，心部晶粒大小不均，且较A公司材料晶粒大，轮齿的心部硬度和齿面渗碳层硬度均较A公司材料高。由此可以判断，B公司材料轮齿开裂与马氏体组织粗大、晶粒大且大小不均匀、以及硬度较高等因素有关。

　　（3）行星齿轮材质为高强度中合金渗碳钢18Cr2Ni4WA。这是一种强度高，韧性、淬透性良好，缺口敏感性低的制造齿轮的高档材料，但是工艺性能较差，它对原材料的化学成分、晶粒度等的一致性要求较高，否则就会影响热处理工艺的合理安排。

智造概论｜柴油机配气正时齿轮检修要点的详细讲解

柴油机各缸的进、排气门开、闭时刻，用曲轴相对于上、下止点的转角来表示，称为配气正时，也称配气相位。新型柴油机在使用维修中，一般不需要调整配气相位。但也有个别时候，例如磨损或更换了不合格备件影响了柴油机功率的发挥，即要检查与调整配气正时。

保证柴油机配气正时的关键，在于正时机构中各种齿轮的正确装配。此时，各种齿轮记号一定要对准对好。因柴油机型号不同，各齿轮上打的记号也不相同。例如康明斯6BT5.9柴油机齿轮系统，由喷油泵齿轮、凸轮轴齿轮、曲轴齿轮、机油泵齿轮、惰轮及空气压缩机齿轮组成。

装配时，旋转曲轴，应使第1缸活塞处于压缩行程上止点，凸轮轴上"00"标记与曲轴上"0"标记对正。日本日野EC100柴油机的各齿轮上的记号为"1、2、3"等，安装时需将曲轴齿轮上的标记"1"与中间齿轮上"1"的标记相对。凸轮轴齿轮的标记"2"，应与中间齿轮上的标记"2"相对。

检查调整配气相位，主要是控制和测算进气门的开启和排气门的关闭时刻。以WD615柴油机为例，配气相位的检查调整方法是：在正时齿轮传动中仅有凸轮轴齿轮与正时齿轮室上有正时刻线，只要柴油机转动至第1缸活塞处于压缩行程上止点（第1缸上止点飞轮刻线"OT"与飞轮壳线对正，第1缸进、排气门全部关闭），将凸轮轴齿轮安装就位后其刻线与正时齿轮壳上刻线对齐，柴油机配气相位就得以保证，公众号智造大观，专注于工程机械制造行业相关理论知识分享。

引擎

维修时，测量气门开启的角度，也是一种准确的检查正时齿轮是否装错了牙的方法。但如果现场维修时无具体资料和数据，则常用的检查方法是将第1缸活塞转至上止点（如果被检查的柴油机设置有减压装置的，则应将减压手柄放在不减压位置），再将飞轮来回转动几次，而每次转动的弧长约在150mm左右。此时观察该缸的进、排气门是否都会有上下移动。如果没有移动的话，再将飞轮转动一周，仍回到上止点。再注意观察进、排气门是否会上下移动。如果配气时间正确的话，在这二次动作中，必然有一次会使进、排气门上下移动。否则，就说明正时齿轮之间的啮合位置不正确。

柴油机的配气相位是由制造厂规定的，如果正时齿轮上的配气标记模糊不清，或标记错乱。但是知道该柴油机的进、排气门的开闭角度时，可采取以下办法进行安装：

1）将凸轮轴和曲轴之间的传动装置脱开。

2）使柴油机第1缸活塞位于压缩行程上止点。

3）由于进气门都是提前开启的，所以要根据此角度计算飞轮逆时针回转的弧长。

4）转动飞轮，使飞轮上的进气门提前角标记和飞轮壳上的上止点标记重合，就正好是进气门刚打开的位置。

5）转动凸轮轴，使第1缸的进气门杆和挺柱接触，装上正时齿轮，这时曲轴和凸轮轴之间的正时齿轮的相对位置就符合配气要求了。

柴油发动机

如果由于种种原因，不知道该柴油机的进、排气门的提前开启角度数值，也可采取以下办法使它们啮合准确：将第1缸活塞转至上止点位置，然后将传动齿轮取出，使齿轮与齿轮之间处于不啮合条件下。再转动凸轮轴齿轮，使第1缸的进、排气凸轮顶点都向上或都向下，两只凸轮的轮廓线形成一种水平线，使之成为"上八字"（即相当于进气门刚开和排气门刚关闭的位置）或"下八字"形状。

由于在装配时常将气缸体倒置，故此时俯视第1缸的两只凸轮顶点应成水平方向。这是因为在通常情况下，同一气缸的进气凸轮与排气凸轮所成的角度约在1100~1200之间。

保持上述位置后，再重新将传动齿轮装上，使凸轮轴齿轮与曲轴齿轮之间处于啮合状态，这样就保证了配气正时的准确。

为了考虑今后维修的需要，此时还应在齿轮与齿轮啮合的位置处，用铁冲打出适当的标记。

智造问答｜柴油发动机冒蓝烟的原因及维修处理方法你知道吗

智造问答｜柴油机质量好坏的鉴别判断方法有哪几种你清楚吗

智造问答｜BFM1013道依茨发动机喷油器如何进行调试

智造概论｜简单介绍下卡特C-9和3126B柴油机的结构及润滑系统特点

智造概论｜柴油发动机添加机油过多的七种不良影响后果你知道吗