Зубчатые колеса относятся к числу наиболее распространенных деталей современных машин. Они входят в конструкции двигателей внутреннего сгорания автомобилей, тракторов, сельхозмашин, самолетов, турбин, станков и во многие другие машины и изделия. В современных машинах преимущественное распространение получили зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением. В основном их изготавливают из цементируемых (12Х2Н4А, 20X3МВФ и др.) и азотируемых (40ХНМА, 38ХМЮА и др.) сталей по стандартным техпроцессам: 1) зубофрезерование, ХТО (цементация), зубошлифование; 2) зубофрезерование, зубошлифование, азотирование. В зависимости от условий выполняемой работы и назначения к зубчатым передачам предъявляются следующие требования: высокая износостойкость рабочих поверхностей зубьев, достигаемая за счет применения высококачественных легированных сталей, термической и химико-термической обработки, механического упрочнения ППД, отделки поверхности; бесшумность и плавность работы, точность передачи движений, достигаемые точностью изготовления профиля зубьев, их отделкой и устранением эксцентричности зубчатых венцов; достаточный коэффициент полезного действия; высокая усталостная прочность зубьев, достигаемая их тщательной обработкой, термическим, механическим, термомеханическим упрочнением, отделкой. Перечисленные требования объясняются высокими окружными скоростями, контактными давлениями, изгибающими циклическими нагрузками.
Независимо от области применения зубчатых колес и условий их работы, типичными видами разрушения зубьев являются: износ, заедание, усталостный излом у основания зубьев и контактное выкрашивание. Основными причинами разрушения зубчатых колес тепловозов 2ТЭ10Л являются трещины у ножки зуба — 55 %, износ — 40 %, сколы зубьев — 5 % [1–6]. Одним из основных видов выхода из строя зубчатых колес авиационных передач и редукторов тепловозов является износ их рабочих поверхностей. По данным РЖД, нормативный ресурс работы зубчатых колес тяговых передач, соответствующий 1,8 млн км пробега, фактически равен для шестерен 600 тыс. км, а для колес — 820 тыс. км. Большинство шестерен силовых передач транспортных машин изготавливаются из хромоникелевых цементируемых сталей 12Х2Н4А, 20ХНЗА, 20ХЗМВФ и др. Эти шестерни подвергаются сложной термической обработке, включающей цементацию, закалку и низкий отпуск. Для таких легированных сталей характерно наличие после закалки большого количества остаточного аустенита (50–60 %), что снижает твердость и как результат износостойкость и контактную прочность. Рассмотрим подробнее основные виды разрушений зубчатых колес.