為什麼機械軸和齒輪選用中碳鋼

① 齒輪軸的材料45鋼的選擇有什麼優點

成本低
市場供應量足
好加工，普通設備就可以加工
熱處理也簡單
45鋼簡介：
45鋼是GB中的叫法，也叫"油鋼"。市場現貨熱軋居多;冷軋規格1.0~4.0mm之間。
化學成分
含碳(C)量是0.42~0.50%,Si(硅)含量為0.17~0.37%,Mn(錳)含量0.50~0.80%,Cr(鉻)含量≤0.25%,Ni(鎳)含量≤0.30%， Cu(銅)含量≤0.25%。
密度7.85g/cm3,彈性模量210GPa,泊松比0.31。
力學性能
正火：850 ；淬火：840 ；回火：600 ；抗拉強度：不小於600Mpa ；屈服強度：不小於355Mpa ；伸長率：16% ；收縮率：40% ；沖擊功：39J ；鋼材交貨狀態硬度：不大於 未熱處理：229HBS ；退火鋼：197HBS
主要用途
軸類零件的功用、結構特點及技術要求折疊
軸類零件是機器中經常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉體零件，其長度大於直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面所組成。根據結構形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。
軸的長徑比小於5的稱為短軸，大於20的稱為細長軸，大多數軸介於兩者之間。
軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準，它們的精度和表面質量一般要求較高，其技術要求一般根據軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項：
（一）尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高(IT5～IT7)。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低(IT6～IT9)。
（二）幾何形狀精度 軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應將其公差限制在尺寸公差范圍內。對精度要求較高的內外圓表面，應在圖紙上標注其允許偏差。
（三）相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，並產生雜訊。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.01～0.03mm,高精度軸（如主軸）通常為0.001～0.005mm。
（四）表面粗糙度 一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm,與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.63～0.16μm。
軸類零件的毛坯和材料
（一）軸類零件的毛坯 軸類零件可根據使用要求、生產類型、設備條件及結構，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對於外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對於外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。
根據生產規模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產多採用自由鍛，大批大量生產時採用模鍛。（二）軸類零件的材料 軸類零件應根據不同的工作條件和使用要求選用不同的材料並採用不同的熱處理規范（如調質、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。
45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經過調質（或正火）後，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火後表面硬度可達45～52HRC。
40Cr等合金結構鋼適用於中等精度而轉速較高的軸類零件，這類鋼經調質和淬火後，具有較好的綜合機械性能。
軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn,經調質和表面高頻淬火後，表面硬度可達50～58HRC,並具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可製造較高精度的軸。
精密機床的主軸（例如磨床砂輪軸、坐標鏜床主軸）可選用38CrMoAIA氮化鋼。這種鋼經調質和表面氮化後，不僅能獲得很高的表面硬度，而且能保持較軟的芯部，因此耐沖擊韌性好。與滲碳淬火鋼比較，它有熱處理變形很小，硬度更高的特性。
45號鋼廣泛用於機械製造，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能並不好， 45號鋼可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望發揮45#鋼優越的機械性能，常將45#鋼表面淬火（高頻淬火或者直接淬火），這樣就能得到需要的表面硬度。
註：直徑為8―12mm的45號鋼淬火時容易產生裂紋，這是一個較為復雜的問題。目前採取的措施是淬火時試樣在水中快速攪動，或者採用油冷，可避免出現裂紋。

② 齒輪設計中，材料如何選擇

製造齒輪常用的鋼有調質鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強度比鍛鋼稍低，常用於尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的機械性能較差，可用於輕載的開式齒輪傳動中；球墨鑄鐵可部分地代替鋼製造齒輪 ；塑料齒輪多用於輕載和要求雜訊低的地方，與其配對的齒輪一般用導熱性好的鋼齒輪。

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齒輪型號

按規格或尺寸大小分類，齒輪型號分為標准和非標准兩種；按國內外計量單位不同，齒輪型號分為公制和英制兩種。

1、公制齒輪型號

國內主要採用公制/模數（M/m），齒輪模數=分度圓直徑÷齒數=齒輪外徑÷（齒數+2）。

公制齒輪主要型號有：M0.4 M0.5 M0.6 M0.7
M0.75 M0.8 M0.9 M1 M1.25 M1.5 M1.75 M2 M2.25 M2.5 M2.75 M3 M3.5 M4 M4.5。

2、英制齒輪型號

DP齒輪是歐美等國採用的英制齒輪（徑節齒輪），是指每一英寸分度圓直徑上的齒數，該值越大齒越小。徑節
DP=z/D (z —齒數，D—分度圓直徑，英寸)，以徑節DP單位為 (1/in)。它與公制的換算關系為
m=25.4/DP，也就是說它和我們常用的模數是一樣的。

英制齒輪主要型號有：DP1 DP1.25 DP1.5 DP1.75 DP2 DP2.25 DP2.5 DP2.75 DP3 DP4 DP4.5 DP5 DP6 DP7 DP8 DP9 DP10 DP12 DP14 DP16。

參考資料來源：網路—齒輪

③ 齒輪軸有哪些選擇要求

齒輪做成齒輪軸的條件：槽底與齒根圓的距離小於等於.5個模數時通常做成齒輪軸。齒輪軸指支承轉動零件並與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。
根據軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據軸的承載情況，又可分為：
①轉軸，工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機械中最常見的軸，如各種減速器中的軸等。
②心軸，用來支承轉動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉動，如支承滑輪的軸等。
③傳動軸，主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機移動機構中的長光軸、汽車的驅動軸等。
在設計中，齒輪軸的運用一般無外乎以下幾種情況：
1、齒輪軸一般是小齒輪（齒數少的齒輪）。
2、齒輪軸一般是在高速級（也就是低扭矩級）。
3、齒輪軸一般很少作為變速的滑移齒輪，一般都是固定運行的齒輪，一是因為處在高速級，其高速度是不適進行滑移變速的。
4、齒輪軸是軸和齒輪合成一個整體的，但是，在設計時，還是要盡量縮短軸的長度，太長了一是不利於上滾齒機加工，二是軸的支撐太長導致軸要加粗而增加機械強度（如剛性、撓度、抗彎等）。
定位基準具體選擇時還要注意以下幾點。
(1)當各加工表面間相互位置精度要求較高時，最好在一次裝夾中完成各表面的加工。
(2)粗加工或不能用兩端頂尖孔（如加工主軸錐孔）定位時，為提高工件加工時工藝系統的剛度，可只用外圓表面定位或用外圓表面和一端中心孔作為定位基準。在加工過程中，應交替使用軸的外圓和一端中心孔作為定位基準，以滿足相互位置精度要求。
(3)如果軸是帶通孔的零件，通孔鑽出後將使原來的頂尖孔消失。為了仍能用頂尖孔定位，一般均採用帶有頂尖孔的錐堵或錐套心軸。當軸孔的錐度較大（如銑床主軸）時，可用錐套心軸；當主軸錐孔的錐度較小（如CA6140型機床主軸）時，可採用錐堵。必須注意，使用的錐套心軸和錐堵應具備較高的精度並盡量減少其安裝次數。錐堵和錐套心軸上的中心孔既是其本身製造的定位基準，又是主軸外圓的精加工基準，因此必須保證錐堵或錐套心軸上的錐面與中心孔有較高的同軸度。若為中小批生產，工件在錐堵上安裝後一般中途不更換。若外圓和錐孔需反復多次互為基準進行加工，則在重裝錐堵或軸套心軸時必須按外圓找正或重新修磨中心孔。
在安排齒輪軸工序的次序時，還應注意以下幾點。
(1)該軸的齒形粗加工應安排在齒輪軸各外圓完成半精加工之後，因為作為齒輪軸來講，齒形加工是該零件加工中工作量比較大、加工難度也比較大的加工內容，其加工位置適當放後一些，可提高定位基準的定位高度，而齒形精加工應安排在該零件各外圓等表面全部加工好後進行，從而消除齒形局部淬火產生的熱處理變形。
(2)外圓表面的加工順序應先加工大直徑外圓，然後加工小直徑外圓，以免一開始就降低工件的剛度。
(3)齒輪軸上的鍵槽等次要表面的加工一般應安排在外圓精車或粗磨之後、精磨外圓前進行。如果在精車前就銑車鍵槽，一方面，在精車前，由於斷續切削而產生振動，既影響加工質量又容易損壞刀具；另一方面，鍵槽的尺寸要求也難以保證。這些表面加工也不宜安排在主要表面精磨後進行，以免破壞主要表面精度。

④ 用來製造軸，齒輪，連桿，曲軸等機械零件，一般應選用什麼材料

軸常採用碳素鋼和合金鋼製造。碳素鋼比合金鋼價廉，且對應力集中敏感性較低，應用更為廣泛；合金鋼具有較高的機械強度、可淬性較好，但對應力集中較為敏感，價格也較貴，故重載或重要的軸、要求尺寸小、重量輕的軸、要求高耐磨性以及在在高溫等特殊環境下工作的軸，常採用合金鋼。而尺寸偏大形狀復雜（如曲軸）也可採用鑄鋼或球墨鑄鐵，但鑄鋼的品質不易保證、容易出現縮孔等缺陷。球墨鑄鐵具有成本低、吸振性和耐磨性較好以及對應力集中敏感性較低等優點，但是球墨鑄鐵的質量需要靠良好的鑄造工藝予以保證。
製造齒輪常用的鋼有調質鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強度比鍛鋼稍低，常用於尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的機械性能較差，可用於輕載的開式齒輪傳動中；球墨鑄鐵可部分地代替鋼製造齒輪 ；塑料齒輪多用於輕載和要求雜訊低的地方，與其配對的齒輪一般用導熱性好的鋼齒輪。

連桿常用的材料有以下幾種，45號鋼（中碳鋼）、40Cr、42Cr（中碳合金鋼）、40CrMo以及採用可鍛鑄鐵GTS65 和/或球墨鑄鐵GGG70 （多用於汽油機）等，連桿材料的調質熱處理非常重要，其壽命首先取決於調質工藝質量，即它的金相必須是1～4級晶粒度的細的回火索氏體(可有少量托氏體和極少量鐵素體)；小型汽油機連桿多採用可鍛鐵或者球鐵，前者硬度應於210--260HBS，抗拉強度不低於619MPa；後者硬度240--280HBS，抗拉強度不低於690MPa。鑄鐵材料連桿一般也要經過表面噴丸等技術處理。冶金粉末鍛造工藝在歐美國家30年代就已經應用於實際生產，隨之技術的不斷改進，冶金粉末零件成為了一種新興的金屬零件成形工藝。常用材料HS150TM及HS160TM,粉鍛連桿的力學性能以及疲勞性能與鍛鋼連桿相似，高強度的粉鍛連桿抗拉強度可達1000MPa以上.非調質鋼連桿材料例如35MnVS,49MnVS3,30SiMnVS6等
曲軸多用優質中碳鋼或中碳合金鋼經模鍛而成，軸頸經表面淬火處理。國產車一般採用球墨鑄鐵曲軸。

⑤ 中碳鋼的適用范圍

中碳鋼是指含碳量0.25%～0.60%的碳素鋼，其熱加工及切削性能良好，焊接性能較差。
按鋼的化學成版分可分為碳權素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼又分為：①低碳鋼，含碳量小於0.25%；②中碳鋼，含碳量為0.25%——0.6%；③，高碳鋼，含碳量大於0.6%；中碳鋼熱加工及切削性能良好，焊接性能較差。強度、硬度比低碳鋼高，而塑性和韌性低於低碳鋼。可不經熱處理，直接使用熱軋材、冷拉材，亦可經熱處理後使用。淬火、回火後的中碳鋼具有良好的綜合力學性能。能夠達到的最高硬度約為HRC55(HB538)，σb為600～1100MPa。所以在中等強度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應用，除作為建築材料外，還大量用於製造各種機械零件。
高強度中碳調質鋼，具有一定的塑性、韌性和強度，切削性良好，調質處理後有很好的綜合力學性能，淬透性較差，容易產生裂紋，焊接性能不高，焊接之前需要很好預熱，焊後需要熱處理。
中碳鋼主要用於製造較高強度的運動零件，如空氣壓縮機、泵的活塞，蒸汽透平機的葉輪，重型機械的軸、蝸桿、齒輪等等，表面耐磨的零件，曲軸、機床主軸、滾筒、鉗工工具等等。

⑥ 為什麼機床主軸，齒輪等中碳鋼零件常採用感應淬火

高頻感應淬火的優點是均勻，溫度易於控制，速度快，生產效率高。

⑦ 拖拉機齒輪及軸齒輪和軸一般用什麼材料

一般軸的材料採用優質碳素結構鋼或中碳合金鋼的比較多。比如號鋼、40Cr、40MnB等，主要是因為這一類的鋼材經過調質處理之後，會具備比較優良的綜合機械性能，即強度、硬度提高的同時，塑性和韌性並不降低，具有良好的綜合機械性能。

所以拖拉機的軸可以採用40Cr材質，其價格也與45號鋼相差無幾、但一定要進行調質處理。而齒輪材料，選擇低碳合金鋼還是比較合適的，但也一定要進行熱處理。

為了使輪齒具有高的耐磨性而又具有比較好的抗沖擊能力，一般採用低碳合金鋼經滲碳淬火處理。這樣在輪齒的外表面形成一層脆硬層提高輪齒的耐磨能力，同時齒輪心部仍然具有良好的韌性，能夠承受沖擊載荷而不至於輪齒斷裂。具體到材料可以用20CrMnTi進行滲碳淬火處理。錐齒輪可以採用滾齒和銑齒。

(7)為什麼機械軸和齒輪選用中碳鋼擴展閱讀：

軸和齒輪合成一個整體的，但是，在設計時，還是要盡量縮短軸的長度，太長了一是不利於上滾齒機加工，二是軸的支撐太長導致軸要加粗而增加機械強度（如剛性、撓度、抗彎等）。

如果軸是帶通孔的零件，通孔鑽出後將使原來的頂尖孔消失。為了仍能用頂尖孔定位，一般均採用帶有頂尖孔的錐堵或錐套心軸。當軸孔的錐度較大（如銑床主軸）時，可用錐套心軸；當主軸錐孔的錐度較小（如CA6140型機床主軸）時，可採用錐堵。

必須注意，使用的錐套心軸和錐堵應具備較高的精度並盡量減少其安裝次數。錐堵和錐套心軸上的中心孔既是其本身製造的定位基準，又是主軸外圓的精加工基準，因此必須保證錐堵或錐套心軸上的錐面與中心孔有較高的同軸度。

若為中小批生產，工件在錐堵上安裝後一般中途不更換。若外圓和錐孔需反復多次互為基準進行加工，則在重裝錐堵或軸套心軸時必須按外圓找正或重新修磨中心孔。

⑧ 機床的變速箱齒輪為什麼用中碳鋼來製造

因為中碳鋼（常用45#）可以滿足性能要求，經過調質與齒面淬火可以保證齒輪齒面耐磨專，心部韌性好屬耐沖擊。同時價格便宜。也有使用40Cr製作，比較45#不過是淬透性好，但是價格高。也有使用滲碳鋼製作，但是滲碳價格也高。

⑨ 傳動齒輪一般用什麼鋼材

一、鍛鋼
鋼的強度高，耐沖擊，用熱處理方法能顯著改善機械性能，所有它是製造齒輪的主要材料。由於鍛造毛坯的纖維方向有利於提高輪齒的彎曲強度，所以大部分齒輪如採用鍛造毛坯，只有受力小和不重要的齒輪才直接採用軋制鋼材。按照齒坯處理方法和切齒工藝，製造齒輪的鋼材及熱處理方法分為兩大類：
第一類：齒面硬度HB≤350，用中碳鋼45號鋼、50號鋼或中碳合金鋼40Gr、40MnB、35SiMn等近行調質或正火處理，終切齒可在熱處理後進行。調質後，硬度不高(HB＝220~250)，材料的綜合性能(機械強度和沖右韌性等)比較好，適用於低速、中速和中等平穩載荷下工作。工控設備機械中的減速機齒輪多用此類。45號鋼價格低，供應充足，應用最普遍。
正火後，綜合性能有所改善，但不如調質，多用於直徑很大不便調質和不重要的齒輪。選用第—類材料時，小齒輪硬度要比大齒輪硬度高出20~40HB，以使兩個齒輪壽命接近相等。
第二類：齒面硬度HB≥350，用中碳鋼和中碳合金鋼進行表面淬火(齒面硬度HRG＝50一55)，或者用低碳鋼和低碳合金鋼進行表面摻碳淬火處理(齒面硬度HRG＝58—63)。處理後齒面硬度高；齒芯韌性好。所以承載能力強，耐沖擊，但加工困難，成本較高，減速機中應用較少。
二、鑄鋼
當齒輪直徑較大(D＞400—600毫米)時，齒坯不易鍛造，因而常採用鑄鋼齒坯並進行正火處理。常用的牌號有ZG45及ZH50等。
三、鑄鐵
鑄鐵價格低廉，能鑄造出復雜的結構形狀，但灰鑄鐵的抗彎強度及耐沖擊能力較差，故只用於低速輕載的開式齒輪傳動中，常用的牌號有HT15-33、HT20—40、HTr30—54等，球墨鑄鐵的機械性能比灰鑄鐵高，可部分代替優質碳素鋼，常用的牌號有QT60-2等。
四、非金屆材料
高速輕載的齒輪傳功，常用非金屬齒輪與另一金屆齒輪配合工作，以減少齒輪傳動的噪音。常用的非金屬材料有酚醛層壓板(夾布膠木)、尼龍等。這種齒輪的承載能力低、壽命短，其許用載荷只有鋼齒輪的25—30%。

⑩ 製造軸,齒輪為什麼常選用中碳鋼,而刀具,量具常選用高碳鋼

因為刀具量事關被測量目標的質量，精密量具開發成本很高，維護和保養要求極高，普通的量具如此，精密量具，非標量具更是如此，自由使用高碳鋼才有利於量具的壽命，像好域安科技的精密量具選材都是嚴格按照高碳鋼的標准。