齿根弯曲疲劳断齿
裂纹起源于受拉侧齿根过渡圆角附近，断面大致横穿齿根，扩展区有贝纹线。起源点偏向齿宽一端时，往往提示偏载。
齿轮的主要失效形式与发生部位
齿轮同时承受齿根弯曲应力和齿面接触应力，两类应力对应两大类失效：齿根弯曲疲劳和过载导致的断齿，以及齿面接触疲劳、胶合、磨损和塑性变形导致的齿面损伤。齿面损伤发展到一定程度会改变齿形，增大动载荷，进而诱发断齿，因此看到断齿时也要检查其余齿的齿面状态。
过载断齿
冲击、卡死或异物卷入造成。断面粗糙、无贝纹线，常连续损坏数颗齿，相邻齿面可能有挤压痕。
齿面点蚀
接触疲劳形成的贝壳状小坑，多从节线附近偏向齿根一侧的区域开始，这里滑动方向与滚动方向相反，接触条件最不利。
剥落与硬化层压碎
点蚀扩大连成片状剥落；渗碳或渗氮齿轮硬化层不足或心部硬度偏低时，裂纹在硬化层与心部过渡区萌生，剥落块大而深。
微点蚀
齿面呈灰白色无光泽的斑块，放大后是密集微小凹坑，与油膜偏薄、齿面粗糙度和局部高接触应力有关，可发展为宏观点蚀。
胶合
油膜破裂后齿面局部焊合又被撕开，在齿顶和齿根滑动速度较高的区域形成沿齿高方向的拉伤沟痕，常伴有回火色。
磨损与塑性变形
磨粒磨损留下沿齿高方向的划痕；软齿面或重载下齿面被碾压，形成齿顶卷边、节线附近凸脊或凹槽。
损伤现象与原因对照
| 观察到的损伤 | 可能原因 | 建议核查 |
|---|---|---|
| 断齿起源于齿根圆角中部，断口有贝纹线 | 齿根圆角过小或有磨削台阶、齿根硬化层偏浅、名义弯曲应力偏高 | 测量齿根圆角形状，检查齿根磨削痕迹，在齿根截面测硬化层深度 |
| 断齿或剥落集中在齿宽一端 | 轴线不平行、箱体孔位偏差、轴承游隙过大、轴弯曲变形、齿向误差或修形不当 | 检查接触斑点，测量齿向误差和箱体孔位，核查轴承与轴的变形 |
| 多颗相邻齿粗糙断裂，无疲劳特征 | 冲击过载、异物卷入、卡死、启动冲击 | 检查箱内异物和其他零件损伤，查阅过载、急停与故障记录 |
| 节线下方成片点蚀 | 接触应力偏高、润滑油黏度不足、齿面粗糙、油温高 | 核对载荷与油品，检查油温和油品劣化，测齿面粗糙度 |
| 大块深层剥落，剥落底部接近硬化层过渡区 | 有效硬化层偏浅、心部硬度偏低、过渡区组织不良 | 做硬度梯度、心部硬度和金相检查 |
| 齿顶和齿根沿齿高方向的拉伤与回火色 | 胶合：油膜破裂、极压性能不足、供油不足、齿顶缺少修缘、局部过热 | 检查油品与供油、齿顶修缘、运行温度与负载变化 |
| 齿面均匀灰白无光 | 微点蚀，油膜偏薄、粗糙度偏大 | 测量粗糙度，评估油品黏度和运行温度 |
| 齿面细密划痕、齿厚减薄 | 磨粒磨损：油液污染、密封失效、磨合碎屑未清除 | 做油液颗粒与铁谱分析，检查过滤和呼吸器 |
| 齿面网状或平行细裂纹 | 磨削裂纹或淬火裂纹 | 酸蚀检查磨削烧伤，金相观察裂纹形态与氧化情况 |
| 裂纹从齿根扩展进入轮缘或轮辐 | 轮缘过薄，裂纹不沿齿根穿出而向轮体发展 | 评估轮缘厚度与齿高的关系，检查轮辐结构 |
主动轮和从动轮的损伤位置往往互相印证，两件都送检才能完整判断载荷分布。
渗碳淬火与表面硬化层的影响
中重载齿轮多采用渗碳淬火、渗氮或感应淬火。硬化齿轮的承载能力不仅取决于表面硬度，还取决于硬化层深度沿齿廓的分布和心部硬度。齿根处的硬化层往往比节线处浅，而齿根恰恰是弯曲应力最大的地方，因此硬化层测量应分别在节线和齿根截面进行。
心部硬度偏低时，硬化层下方的支撑不足，接触应力在次表面形成的切应力区可能落在硬化层与心部的过渡带内，引起深层剥落或硬化层压碎。心部硬度过高则韧性下降，对冲击断齿更敏感。表面的问题同样重要：渗碳后表层出现内氧化和非马氏体组织会降低表面硬度和弯曲疲劳强度；残余奥氏体偏多会降低硬度并在使用中发生尺寸变化；表层网状或粗大碳化物会降低韧性；磨削烧伤会使表层回火软化甚至重新淬火形成脆硬层并伴随磨削裂纹。
- 有效硬化层深度：在节线和齿根分别测量硬度梯度，确认是否满足图纸要求。
- 表面与心部硬度：判断是否存在淬火不足、回火过度或心部淬透性不足。
- 表层组织：马氏体级别、残余奥氏体、碳化物形态、内氧化深度和非马氏体组织。
- 晶粒度与夹杂物：粗晶降低韧性，靠近表面的硬质夹杂物可成为次表面疲劳源。
- 磨削烧伤：酸蚀检查齿面和齿根，发现烧伤区再做硬度和金相确认。
啮合质量与载荷分布
设计计算通常假定载荷沿齿宽均匀分布，实际中箱体孔位误差、轴和轴承的弹性变形、轴承游隙、热变形以及齿向误差都会让载荷偏向齿宽一端。偏载使局部接触应力和齿根应力远高于计算值，常见表现是点蚀、剥落或断齿集中在同一端，另一端仍保留加工纹理。
装配和检修时用涂色法检查接触斑点，是判断载荷分布最直接的手段：斑点应位于齿面中部并有足够的长度与高度。斑点偏向一端说明轴线不平行或齿向误差；斑点偏向齿顶或齿根说明中心距偏差或齿形误差。对于已经损坏的齿轮，齿面上的磨合光亮带和损伤带同样记录了实际接触区域，拆检时应在清洗前拍照。
齿侧间隙过小会在热膨胀后卡滞并引起冲击，过大则在负载反向或扭矩波动时产生齿间敲击。斜齿轮和人字齿轮还需关注轴向力引起的轴承位移与窜动。
振动频谱与油液分析中的齿轮线索
齿轮每转过一个齿距就完成一次啮合，啮合频率等于齿数乘以该齿轮轴的转频。正常齿轮的频谱中有啮合频率及其谐波；齿面均匀磨损时，啮合频率和二倍啮合频率的幅值往往上升；齿轮偏心、齿距累积误差或轴弯曲会在啮合频率两侧形成以该齿轮所在轴转频为间隔的边频带。通过测量边频带的间隔，可以判断问题出在哪根轴上的齿轮。
局部缺陷如断齿、大块剥落或齿根裂纹，每转一次产生一次冲击，时域波形中可见与该轴转频同步的周期性冲击，频谱中边频带多而宽。时域同步平均能把某一根轴上的齿轮信号从其他部件中分离出来，便于观察单颗齿的异常。
如果齿轮或箱体的固有频率被啮合频率或其谐波激励，会出现明显的共振和噪声，这时即使齿轮质量合格也可能早期损坏，需要通过现场振动测试和锤击模态测试确认。油液分析是振动的补充：铁谱和磨粒分析可以区分疲劳剥落产生的片状磨粒、胶合产生的带回火色磨粒和磨粒磨损产生的切削状磨屑。
| 振动或油液表现 | 可能对应的齿轮问题 |
|---|---|
| 啮合频率及其谐波幅值逐步上升 | 齿面均匀磨损、齿形变化、载荷增大 |
| 啮合频率两侧出现以某轴转频为间隔的边频带 | 该轴齿轮偏心、齿距误差或轴弯曲 |
| 时域波形中每转一次的冲击 | 断齿、齿根裂纹或局部剥落 |
| 固有频率附近能量集中，噪声随转速明显变化 | 啮合激励引起齿轮或箱体共振 |
| 油中片状疲劳磨粒增多 | 点蚀与剥落正在发展 |
| 油中带回火色的大磨粒 | 胶合或局部过热 |
现场与实验室检查要点
- 拆检前采集数据设备还能运行时，先测各轴承座振动频谱和时域波形，记录油温与油品状态，取油样。
- 记录损伤分布按齿号标记，记录每颗齿损伤在齿宽和齿高方向的位置，拍摄接触斑点和磨合光亮带，再清洗。
- 检查相关部件检查轴承、轴、键、箱体孔和润滑系统，测量轴承游隙和齿侧间隙，检查箱内异物与磨屑。
- 断口与齿面分析断齿断口确定起源位置和扩展方式，齿面损伤用体视显微镜和扫描电镜区分接触疲劳、胶合和磨粒磨损。
- 硬化层与材料检验在节线和齿根截面测硬度梯度，检查心部硬度、表层组织、残余奥氏体、内氧化和夹杂物，必要时做化学成分分析。
- 几何测量测量齿形、齿向、齿距误差和齿根圆角，核对修形是否符合设计意图。
送样资料与改进方向
- 送样：失效齿轮及与之啮合的配对齿轮，断下的齿块、剥落碎片和箱底磨屑，以及同批次未失效齿轮或备件。
- 资料：齿轮图纸与齿轮参数、修形要求、材料与热处理要求，热处理记录和硬化层检验报告，油品牌号与油液检测报告，载荷与转速、启停与过载记录，装配时的接触斑点记录，振动监测数据。
- 齿根断齿：增大齿根过渡圆角，避免齿根磨削台阶，对齿根喷丸强化，保证齿根硬化层深度。
- 点蚀与剥落：核对接触应力，提高心部硬度和硬化层深度，提高齿面光洁度，选用黏度合适的润滑油并控制油温。
- 胶合：增加齿顶修缘，选用极压性能更好的润滑油，改善供油位置与油量，避免启动和低速重载时缺油。
- 偏载：采用齿向修形或鼓形齿，提高箱体孔位精度和轴的刚度，控制轴承游隙并通过接触斑点验收。
- 磨损：加强过滤与密封，更换呼吸器，新齿轮按规程磨合并及时换油。
- 共振与冲击：通过现场振动测试确认是否存在啮合共振，调整转速范围或结构刚度，减少启停冲击与扭矩波动。
北京与杭州的分工
北京团队负责现场调查、振动相关测试和综合分析；需要实验室仪器分析的部分，可由集团杭州实验室承接。具体由哪个实验室完成哪些项目、报告是否带 CMA、CNAS 标志，在方案和报价中写明。
常见问题
齿轮断齿，只送断掉的齿块可以吗？
不够。断齿块能看断口起源，但硬化层分布、齿面接触痕迹和齿形误差需要整个齿轮来检查。配对齿轮也应一起送，它的损伤位置能说明载荷是否集中在一端。
点蚀出现了，齿轮还能继续用吗？
早期少量点蚀在磨合后可能不再发展，但点蚀持续扩大、连成剥落或出现在齿宽一端时，说明接触条件有问题。建议结合振动和油液趋势判断，同时排查偏载和润滑。
齿面发蓝发黑，是热处理问题吗？
多数情况是运行中过热或胶合留下的回火色，与供油不足、油品极压性能不够或局部偏载有关。需要通过截面硬度和金相判断表层是否被回火软化，再追溯是使用还是制造问题。
振动大，怎么判断是齿轮还是轴承的问题？
齿轮问题主要表现在啮合频率、谐波和以转频为间隔的边频带上；滚动轴承问题对应内圈、外圈、滚动体和保持架的特征频率，常用包络解调识别。现场测试时两类特征可以同时分析。
新换的齿轮很快又坏了，可能是什么原因？
新件很快损坏往往说明原因不在齿轮本身，而是偏载、箱体或轴承问题、润滑不足、冲击载荷或共振没有消除。应先检查接触斑点、对中和振动，再对新旧齿轮做对比检验。