为什么机械轴和齿轮选用中碳钢

① 齿轮轴的材料45钢的选择有什么优点

成本低
市场供应量足
好加工，普通设备就可以加工
热处理也简单
45钢简介：
45钢是GB中的叫法，也叫"油钢"。市场现货热轧居多;冷轧规格1.0~4.0mm之间。
化学成分
含碳(C)量是0.42~0.50%,Si(硅)含量为0.17~0.37%,Mn(锰)含量0.50~0.80%,Cr(铬)含量≤0.25%,Ni(镍)含量≤0.30%， Cu(铜)含量≤0.25%。
密度7.85g/cm3,弹性模量210GPa,泊松比0.31。
力学性能
正火：850 ；淬火：840 ；回火：600 ；抗拉强度：不小于600Mpa ；屈服强度：不小于355Mpa ；伸长率：16% ；收缩率：40% ；冲击功：39J ；钢材交货状态硬度：不大于 未热处理：229HBS ；退火钢：197HBS
主要用途
轴类零件的功用、结构特点及技术要求折叠
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。
轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。
轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：
（一）尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高(IT5～IT7)。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低(IT6～IT9)。
（二）几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。
（三）相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm,高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。
（四）表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm,与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。
轴类零件的毛坯和材料
（一）轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。
根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。（二）轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn,经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC,并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。
精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。
45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需要的表面硬度。
注：直径为8―12mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。目前采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。

② 齿轮设计中，材料如何选择

制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮 ；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。

(2)为什么机械轴和齿轮选用中碳钢扩展阅读

齿轮型号

按规格或尺寸大小分类，齿轮型号分为标准和非标准两种；按国内外计量单位不同，齿轮型号分为公制和英制两种。

1、公制齿轮型号

国内主要采用公制/模数（M/m），齿轮模数=分度圆直径÷齿数=齿轮外径÷（齿数+2）。

公制齿轮主要型号有：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、英制齿轮型号

DP齿轮是欧美等国采用的英制齿轮（径节齿轮），是指每一英寸分度圆直径上的齿数，该值越大齿越小。径节
DP=z/D (z —齿数，D—分度圆直径，英寸)，以径节DP单位为 (1/in)。它与公制的换算关系为
m=25.4/DP，也就是说它和我们常用的模数是一样的。

英制齿轮主要型号有：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。

参考资料来源：网络—齿轮

③ 齿轮轴有哪些选择要求

齿轮做成齿轮轴的条件：槽底与齿根圆的距离小于等于.5个模数时通常做成齿轮轴。齿轮轴指支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。
根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：
①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。
②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。
③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。
在设计中，齿轮轴的运用一般无外乎以下几种情况：
1、齿轮轴一般是小齿轮（齿数少的齿轮）。
2、齿轮轴一般是在高速级（也就是低扭矩级）。
3、齿轮轴一般很少作为变速的滑移齿轮，一般都是固定运行的齿轮，一是因为处在高速级，其高速度是不适进行滑移变速的。
4、齿轮轴是轴和齿轮合成一个整体的，但是，在设计时，还是要尽量缩短轴的长度，太长了一是不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太长导致轴要加粗而增加机械强度（如刚性、挠度、抗弯等）。
定位基准具体选择时还要注意以下几点。
(1)当各加工表面间相互位置精度要求较高时，最好在一次装夹中完成各表面的加工。
(2)粗加工或不能用两端顶尖孔（如加工主轴锥孔）定位时，为提高工件加工时工艺系统的刚度，可只用外圆表面定位或用外圆表面和一端中心孔作为定位基准。在加工过程中，应交替使用轴的外圆和一端中心孔作为定位基准，以满足相互位置精度要求。
(3)如果轴是带通孔的零件，通孔钻出后将使原来的顶尖孔消失。为了仍能用顶尖孔定位，一般均采用带有顶尖孔的锥堵或锥套心轴。当轴孔的锥度较大（如铣床主轴）时，可用锥套心轴；当主轴锥孔的锥度较小（如CA6140型机床主轴）时，可采用锥堵。必须注意，使用的锥套心轴和锥堵应具备较高的精度并尽量减少其安装次数。锥堵和锥套心轴上的中心孔既是其本身制造的定位基准，又是主轴外圆的精加工基准，因此必须保证锥堵或锥套心轴上的锥面与中心孔有较高的同轴度。若为中小批生产，工件在锥堵上安装后一般中途不更换。若外圆和锥孔需反复多次互为基准进行加工，则在重装锥堵或轴套心轴时必须按外圆找正或重新修磨中心孔。
在安排齿轮轴工序的次序时，还应注意以下几点。
(1)该轴的齿形粗加工应安排在齿轮轴各外圆完成半精加工之后，因为作为齿轮轴来讲，齿形加工是该零件加工中工作量比较大、加工难度也比较大的加工内容，其加工位置适当放后一些，可提高定位基准的定位高度，而齿形精加工应安排在该零件各外圆等表面全部加工好后进行，从而消除齿形局部淬火产生的热处理变形。
(2)外圆表面的加工顺序应先加工大直径外圆，然后加工小直径外圆，以免一开始就降低工件的刚度。
(3)齿轮轴上的键槽等次要表面的加工一般应安排在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆前进行。如果在精车前就铣车键槽，一方面，在精车前，由于断续切削而产生振动，既影响加工质量又容易损坏刀具；另一方面，键槽的尺寸要求也难以保证。这些表面加工也不宜安排在主要表面精磨后进行，以免破坏主要表面精度。

④ 用来制造轴，齿轮，连杆，曲轴等机械零件，一般应选用什么材料

轴常采用碳素钢和合金钢制造。碳素钢比合金钢价廉，且对应力集中敏感性较低，应用更为广泛；合金钢具有较高的机械强度、可淬性较好，但对应力集中较为敏感，价格也较贵，故重载或重要的轴、要求尺寸小、重量轻的轴、要求高耐磨性以及在在高温等特殊环境下工作的轴，常采用合金钢。而尺寸偏大形状复杂（如曲轴）也可采用铸钢或球墨铸铁，但铸钢的品质不易保证、容易出现缩孔等缺陷。球墨铸铁具有成本低、吸振性和耐磨性较好以及对应力集中敏感性较低等优点，但是球墨铸铁的质量需要靠良好的铸造工艺予以保证。
制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮 ；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。

连杆常用的材料有以下几种，45号钢（中碳钢）、40Cr、42Cr（中碳合金钢）、40CrMo以及采用可锻铸铁GTS65 和/或球墨铸铁GGG70 （多用于汽油机）等，连杆材料的调质热处理非常重要，其寿命首先取决于调质工艺质量，即它的金相必须是1～4级晶粒度的细的回火索氏体(可有少量托氏体和极少量铁素体)；小型汽油机连杆多采用可锻铁或者球铁，前者硬度应于210--260HBS，抗拉强度不低于619MPa；后者硬度240--280HBS，抗拉强度不低于690MPa。铸铁材料连杆一般也要经过表面喷丸等技术处理。冶金粉末锻造工艺在欧美国家30年代就已经应用于实际生产，随之技术的不断改进，冶金粉末零件成为了一种新兴的金属零件成形工艺。常用材料HS150TM及HS160TM,粉锻连杆的力学性能以及疲劳性能与锻钢连杆相似，高强度的粉锻连杆抗拉强度可达1000MPa以上.非调质钢连杆材料例如35MnVS,49MnVS3,30SiMnVS6等
曲轴多用优质中碳钢或中碳合金钢经模锻而成，轴颈经表面淬火处理。国产车一般采用球墨铸铁曲轴。

⑤ 中碳钢的适用范围

中碳钢是指含碳量0.25%～0.60%的碳素钢，其热加工及切削性能良好，焊接性能较差。
按钢的化学成版分可分为碳权素钢和合金钢两大类。碳素钢又分为：①低碳钢，含碳量小于0.25%；②中碳钢，含碳量为0.25%——0.6%；③，高碳钢，含碳量大于0.6%；中碳钢热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为HRC55(HB538)，σb为600～1100MPa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用于制造各种机械零件。
高强度中碳调质钢，具有一定的塑性、韧性和强度，切削性良好，调质处理后有很好的综合力学性能，淬透性较差，容易产生裂纹，焊接性能不高，焊接之前需要很好预热，焊后需要热处理。
中碳钢主要用于制造较高强度的运动零件，如空气压缩机、泵的活塞，蒸汽透平机的叶轮，重型机械的轴、蜗杆、齿轮等等，表面耐磨的零件，曲轴、机床主轴、滚筒、钳工工具等等。

⑥ 为什么机床主轴，齿轮等中碳钢零件常采用感应淬火

高频感应淬火的优点是均匀，温度易于控制，速度快，生产效率高。

⑦ 拖拉机齿轮及轴齿轮和轴一般用什么材料

一般轴的材料采用优质碳素结构钢或中碳合金钢的比较多。比如号钢、40Cr、40MnB等，主要是因为这一类的钢材经过调质处理之后，会具备比较优良的综合机械性能，即强度、硬度提高的同时，塑性和韧性并不降低，具有良好的综合机械性能。

所以拖拉机的轴可以采用40Cr材质，其价格也与45号钢相差无几、但一定要进行调质处理。而齿轮材料，选择低碳合金钢还是比较合适的，但也一定要进行热处理。

为了使轮齿具有高的耐磨性而又具有比较好的抗冲击能力，一般采用低碳合金钢经渗碳淬火处理。这样在轮齿的外表面形成一层脆硬层提高轮齿的耐磨能力，同时齿轮心部仍然具有良好的韧性，能够承受冲击载荷而不至于轮齿断裂。具体到材料可以用20CrMnTi进行渗碳淬火处理。锥齿轮可以采用滚齿和铣齿。

(7)为什么机械轴和齿轮选用中碳钢扩展阅读：

轴和齿轮合成一个整体的，但是，在设计时，还是要尽量缩短轴的长度，太长了一是不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太长导致轴要加粗而增加机械强度（如刚性、挠度、抗弯等）。

如果轴是带通孔的零件，通孔钻出后将使原来的顶尖孔消失。为了仍能用顶尖孔定位，一般均采用带有顶尖孔的锥堵或锥套心轴。当轴孔的锥度较大（如铣床主轴）时，可用锥套心轴；当主轴锥孔的锥度较小（如CA6140型机床主轴）时，可采用锥堵。

必须注意，使用的锥套心轴和锥堵应具备较高的精度并尽量减少其安装次数。锥堵和锥套心轴上的中心孔既是其本身制造的定位基准，又是主轴外圆的精加工基准，因此必须保证锥堵或锥套心轴上的锥面与中心孔有较高的同轴度。

若为中小批生产，工件在锥堵上安装后一般中途不更换。若外圆和锥孔需反复多次互为基准进行加工，则在重装锥堵或轴套心轴时必须按外圆找正或重新修磨中心孔。

⑧ 机床的变速箱齿轮为什么用中碳钢来制造

因为中碳钢（常用45#）可以满足性能要求，经过调质与齿面淬火可以保证齿轮齿面耐磨专，心部韧性好属耐冲击。同时价格便宜。也有使用40Cr制作，比较45#不过是淬透性好，但是价格高。也有使用渗碳钢制作，但是渗碳价格也高。

⑨ 传动齿轮一般用什么钢材

一、锻钢
钢的强度高，耐冲击，用热处理方法能显著改善机械性能，所有它是制造齿轮的主要材料。由于锻造毛坯的纤维方向有利于提高轮齿的弯曲强度，所以大部分齿轮如采用锻造毛坯，只有受力小和不重要的齿轮才直接采用轧制钢材。按照齿坯处理方法和切齿工艺，制造齿轮的钢材及热处理方法分为两大类：
第一类：齿面硬度HB≤350，用中碳钢45号钢、50号钢或中碳合金钢40Gr、40MnB、35SiMn等近行调质或正火处理，终切齿可在热处理后进行。调质后，硬度不高(HB＝220~250)，材料的综合性能(机械强度和冲右韧性等)比较好，适用于低速、中速和中等平稳载荷下工作。工控设备机械中的减速机齿轮多用此类。45号钢价格低，供应充足，应用最普遍。
正火后，综合性能有所改善，但不如调质，多用于直径很大不便调质和不重要的齿轮。选用第—类材料时，小齿轮硬度要比大齿轮硬度高出20~40HB，以使两个齿轮寿命接近相等。
第二类：齿面硬度HB≥350，用中碳钢和中碳合金钢进行表面淬火(齿面硬度HRG＝50一55)，或者用低碳钢和低碳合金钢进行表面掺碳淬火处理(齿面硬度HRG＝58—63)。处理后齿面硬度高；齿芯韧性好。所以承载能力强，耐冲击，但加工困难，成本较高，减速机中应用较少。
二、铸钢
当齿轮直径较大(D＞400—600毫米)时，齿坯不易锻造，因而常采用铸钢齿坯并进行正火处理。常用的牌号有ZG45及ZH50等。
三、铸铁
铸铁价格低廉，能铸造出复杂的结构形状，但灰铸铁的抗弯强度及耐冲击能力较差，故只用于低速轻载的开式齿轮传动中，常用的牌号有HT15-33、HT20—40、HTr30—54等，球墨铸铁的机械性能比灰铸铁高，可部分代替优质碳素钢，常用的牌号有QT60-2等。
四、非金届材料
高速轻载的齿轮传功，常用非金属齿轮与另一金届齿轮配合工作，以减少齿轮传动的噪音。常用的非金属材料有酚醛层压板(夹布胶木)、尼龙等。这种齿轮的承载能力低、寿命短，其许用载荷只有钢齿轮的25—30%。

⑩ 制造轴,齿轮为什么常选用中碳钢,而刀具,量具常选用高碳钢

因为刀具量事关被测量目标的质量，精密量具开发成本很高，维护和保养要求极高，普通的量具如此，精密量具，非标量具更是如此，自由使用高碳钢才有利于量具的寿命，像好域安科技的精密量具选材都是严格按照高碳钢的标准。