工程機械齒輪在高負荷、強沖擊、多粉塵等惡劣工況下運行，故障類型主要與載荷特性、潤滑狀態、材料性能及安裝維護相關。以下是其常見故障類型及原因分析：
一、磨損類故障
1.磨粒磨損（常見）
故障現象：齒面出現均勻或局部劃痕、溝紋，齒厚減薄，嚴重時齒形破壞。
原因：
齒輪箱密封失效，粉塵、泥沙（如工地揚塵、礦山碎石）進入嚙合面，形成磨粒；
潤滑油/脂污染（含金屬碎屑、雜質），潤滑膜被破壞，磨粒隨齒輪轉動劃傷齒面；
齒面硬度不足（如熱處理工藝不當，硬度低于HRC55），抗磨能力下降。
典型場景：露天作業的挖掘機行走齒輪、裝載機驅動橋齒輪，長期暴露于高粉塵環境。
2.粘著磨損（膠合）
故障現象：齒面沿滑動方向出現金屬粘連、撕脫痕跡，形成“溝棱”或“瘤狀”凸起。
原因：
高速重載或瞬時過載（如挖掘機突然啃咬硬巖），齒面接觸應力超過潤滑油膜承載能力（油膜厚度＜5μm），金屬直接接觸；
潤滑油粘度不足（低溫環境未換冬季油脂）或潤滑中斷（油路堵塞），散熱不良導致局部高溫（＞120℃），齒面軟化粘結。
典型場景：液壓泵齒輪（高速旋轉）、變速箱高速擋齒輪（如起重機變幅機構急加速）。
二、疲勞類故障
1.齒面點蝕（接觸疲勞）
故障現象：齒面出現麻點狀凹坑（直徑0.1-2mm），逐漸擴展融合成剝落區。
原因：
長期交變載荷作用（如起重機啟停時的周期性載荷），齒面接觸應力超過材料疲勞（＞800MPa），表層材料發生微裂紋；
齒面精度不足（如ISO精度＜8級）或安裝偏差（平行度＞0.05mm/m），導致載荷分布不均，局部應力集中；
潤滑不良加劇裂紋擴展（潤滑油滲入裂紋，高壓下形成“油楔”效應）。
典型場景：回轉支承齒圈（長期承受軸向力+傾覆力矩的交變載荷）、行星齒輪機構（多齒嚙合的周期性應力）。
2.齒根斷裂（彎曲疲勞）
故障現象：齒根處出現橫向裂紋，終整齒或部分斷裂，斷口可見疲勞輝紋。
原因：
齒根過渡圓角半徑過小（設計不足R3mm）或加工缺陷（刀痕、毛刺），形成應力集中源；
過載沖擊（如裝載機鏟斗猛撞障礙物，瞬時載荷超額定2倍以上）或多次重復載荷超過彎曲疲勞強度（σbb＜1000MPa）；
材料內部缺陷（夾渣、氣孔）或熱處理淬火不充分（齒根硬度＜HRC45），韌性不足。
典型場景：驅動橋主減速器齒輪（承受整車驅動力的關鍵部件）、工作臂傳動齒輪（突發沖擊載荷）。
三、塑性變形
故障現象：齒面或齒體發生塑性流動，出現齒廓歪扭、齒頂卷邊、齒面壓痕等。
原因：
材料強度不足（如誤用低碳鋼未滲碳，屈服強度＜600MPa），在重載下發生變形；
頻繁過載或沖擊（如推土機推硬土時持續高負荷），應力超過材料屈服；
齒面硬度不均（局部軟點），導致承載能力不均。
典型場景：低速重載的行走輪邊減速器齒輪、未做強化處理的非標齒輪。
四、安裝與潤滑相關故障
1.安裝偏載與嚙合不良
故障現象：齒輪副側隙不均（標準側隙0.1-0.3mm，偏差＞±20%）、齒面偏接觸（接觸斑小于70%齒寬），導致局部異常磨損。
原因：
齒輪軸平行度誤差（＞0.1mm/m）、同軸度超差（＞0.05mm），如變速箱裝配時軸承座孔偏差；
軸承磨損或松動（游隙＞0.15mm），導致齒輪軸線偏移。
2.潤滑失效
故障現象：齒輪箱油溫異常升高（＞90℃）、油液乳化（進水）、油泥堆積，伴隨加速磨損。
原因：
密封失效（O型圈老化、迷宮密封間隙過大），導致雨水、粉塵侵入；
潤滑脂/油選用不當（如冬季用夏季脂，低溫流動性差）或加注不足（油位低于低刻度）；
齒輪箱散熱不良（散熱片堵塞），油溫過高導致潤滑脂失效（滴點＜180℃時軟化流失）。
五、材料與制造缺陷
熱處理缺陷：滲碳層過薄（＜0.8mm）或淬火裂紋，導致齒面硬度不足或脆性增加；
加工精度不足：齒形誤差（＞0.03mm）、齒向誤差（＞0.02mm），引發載荷集中；
鍛造缺陷：齒輪毛坯存在縮孔、裂紋等冶金缺陷，未通過探傷檢測（如磁粉/超聲波探傷漏檢）。
六、故障影響與
后果：齒輪故障可能導致設備停機（平均停機損失約1000-5000元/小時）、傳動失效（如行走中斷、工作臂失控），甚至引發事故（如起重機回轉齒輪斷裂導致傾覆）。
措施：
加強密封與潤滑管理（定期換油、清潔濾芯，使用IP67級密封）；
嚴格控制安裝精度（齒輪副側隙、接觸斑檢測）；
選用高強度材料并優化熱處理（如20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度HRC58-62）；
加裝監測系統（如振動傳感器、油溫傳感器，實時預警異常）。
總結
工程機械齒輪故障以磨粒磨損、疲勞點蝕、斷齒為典型，根源在于工況嚴苛（重載、沖擊、污染）與維護不足。其中，潤滑失效和安裝偏差是誘發早期故障的主要人為因素，而材料強度、熱處理質量及加工精度是設計制造端的關鍵控制要素。通過針對性的工況適配（如防塵設計）、定期維護（油液檢測）和狀態監測，可降低故障發生率，提升設備可靠性。
