一、磨损类故障

1.磨粒磨损（常见）

故障现象：齿面出现均匀或局部划痕、沟纹，齿厚减薄，严重时齿形破坏。

原因：

齿轮箱密封失效，粉尘、泥沙（如工地扬尘、矿山碎石）进入啮合面，形成磨粒；

润滑油/脂污染（含金属碎屑、杂质），润滑膜被破坏，磨粒随齿轮转动划伤齿面；

齿面硬度不足（如热处理工艺不当，硬度低于HRC55），抗磨能力下降。

典型场景：露天作业的挖掘机行走齿轮、装载机驱动桥齿轮，长期暴露于高粉尘环境。

2.粘着磨损（胶合）

故障现象：齿面沿滑动方向出现金属粘连、撕脱痕迹，形成“沟棱”或“瘤状”凸起。

原因：

高速重载或瞬时过载（如挖掘机突然啃咬硬岩），齿面接触应力超过润滑油膜承载能力（油膜厚度＜5μm），金属直接接触；

润滑油粘度不足（低温环境未换冬季油脂）或润滑中断（油路堵塞），散热不良导致局部高温（＞120℃），齿面软化粘结。

典型场景：液压泵齿轮（高速旋转）、变速箱高速挡齿轮（如起重机变幅机构急加速）。

二、疲劳类故障

1.齿面点蚀（接触疲劳）

故障现象：齿面出现麻点状凹坑（直径0.1-2mm），逐渐扩展融合成剥落区。

原因：

长期交变载荷作用（如起重机启停时的周期性载荷），齿面接触应力超过材料疲劳（＞800MPa），表层材料发生微裂纹；

齿面精度不足（如ISO精度＜8级）或安装偏差（平行度＞0.05mm/m），导致载荷分布不均，局部应力集中；

润滑不良加剧裂纹扩展（润滑油渗入裂纹，高压下形成“油楔”效应）。

典型场景：回转支承齿圈（长期承受轴向力+倾覆力矩的交变载荷）、行星齿轮机构（多齿啮合的周期性应力）。

2.齿根断裂（弯曲疲劳）

故障现象：齿根处出现横向裂纹，终整齿或部分断裂，断口可见疲劳辉纹。

原因：

齿根过渡圆角半径过小（设计不足R3mm）或加工缺陷（刀痕、毛刺），形成应力集中源；

过载冲击（如装载机铲斗猛撞障碍物，瞬时载荷超额定2倍以上）或多次重复载荷超过弯曲疲劳强度（σbb＜1000MPa）；

材料内部缺陷（夹渣、气孔）或热处理淬火不充分（齿根硬度＜HRC45），韧性不足。

典型场景：驱动桥主减速器齿轮（承受整车驱动力的关键部件）、工作臂传动齿轮（突发冲击载荷）。

三、塑性变形

故障现象：齿面或齿体发生塑性流动，出现齿廓歪扭、齿顶卷边、齿面压痕等。

原因：

材料强度不足（如误用低碳钢未渗碳，屈服强度＜600MPa），在重载下发生变形；

频繁过载或冲击（如推土机推硬土时持续高负荷），应力超过材料屈服；

齿面硬度不均（局部软点），导致承载能力不均。

典型场景：低速重载的行走轮边减速器齿轮、未做强化处理的非标齿轮。

四、安装与润滑相关故障

1.安装偏载与啮合不良

故障现象：齿轮副侧隙不均（标准侧隙0.1-0.3mm，偏差＞±20%）、齿面偏接触（接触斑小于70%齿宽），导致局部异常磨损。

原因：

齿轮轴平行度误差（＞0.1mm/m）、同轴度超差（＞0.05mm），如变速箱装配时轴承座孔偏差；

轴承磨损或松动（游隙＞0.15mm），导致齿轮轴线偏移。

2.润滑失效

故障现象：齿轮箱油温异常升高（＞90℃）、油液乳化（进水）、油泥堆积，伴随加速磨损。

原因：

密封失效（O型圈老化、迷宫密封间隙过大），导致雨水、粉尘侵入；

润滑脂/油选用不当（如冬季用夏季脂，低温流动性差）或加注不足（油位低于低刻度）；

齿轮箱散热不良（散热片堵塞），油温过高导致润滑脂失效（滴点＜180℃时软化流失）。

五、材料与制造缺陷

热处理缺陷：渗碳层过薄（＜0.8mm）或淬火裂纹，导致齿面硬度不足或脆性增加；

加工精度不足：齿形误差（＞0.03mm）、齿向误差（＞0.02mm），引发载荷集中；

锻造缺陷：齿轮毛坯存在缩孔、裂纹等冶金缺陷，未通过探伤检测（如磁粉/超声波探伤漏检）。

六、故障影响与

后果：齿轮故障可能导致设备停机（平均停机损失约1000-5000元/小时）、传动失效（如行走中断、工作臂失控），甚至引发事故（如起重机回转齿轮断裂导致倾覆）。

措施：

加强密封与润滑管理（定期换油、清洁滤芯，使用IP67级密封）；

严格控制安装精度（齿轮副侧隙、接触斑检测）；

选用高强度材料并优化热处理（如20CrMnTi渗碳淬火，齿面硬度HRC58-62）；

加装监测系统（如振动传感器、油温传感器，实时预警异常）。

总结

工程机械齿轮故障以磨粒磨损、疲劳点蚀、断齿为典型，根源在于工况严苛（重载、冲击、污染）与维护不足。其中，润滑失效和安装偏差是诱发早期故障的主要人为因素，而材料强度、热处理质量及加工精度是设计制造端的关键控制要素。通过针对性的工况适配（如防尘设计）、定期维护（油液检测）和状态监测，可降低故障发生率，提升设备可靠性。