重型装备传动齿轮在国民经济的各个命脉行业都有广泛应用。本文围绕重型装备传动齿轮疲劳裂纹演化行为相关的工程科学问题展开研究。首先,选取的齿轮材料42CrMo进行疲劳裂纹扩展试验,探究在不同应力比作用下,紧凑拉伸试样材料为42CrMo钢的Ⅰ型疲劳裂纹扩展规律。结果表明,齿轮在裂纹因疲劳破坏而延伸的速率越快、尖端应力强度因子越大时,应力比越小,其试样的疲劳寿命越短。通过扫描电子显微镜观察疲劳断口不同扩展阶段的微观组织形貌特征,发现裂纹萌生于孪晶界,在随后的扩展过程中,一部分裂纹扩展将由沿晶转为穿晶的扩展方式,裂纹会变深变宽;一部分裂纹由于晶粒的阻碍会停止扩展。在稳定扩展区,断口形貌表现为解理断裂,快速扩展区断口为包含韧窝和撕裂棱的塑-脆混合型断口形貌。发现金属在冶炼过程中产生的颗粒状夹杂缺陷为疲劳裂纹的萌生及扩展提供场所,缩短构件的疲劳寿命。通过有限元方法对42CrMo钢紧凑拉伸试样的疲劳裂纹扩展进行数值模拟,发现随着裂纹长度的增长,裂纹尖端塑性区面积不断增大,相同裂纹长度条件下,小应力比情况下的塑性区面积更大,与试验结果相统一。其次,通过弯曲疲劳试验,得出在不同压载荷作用下42CrMo齿轮弯曲疲劳试验数据和弯曲疲劳寿命P-S-N曲线。结果表明,随着齿轮可靠度的升高,试验轮齿的疲劳寿命降低,同一载荷下存活率越高的轮齿试样疲劳寿命越短,存活率越高,轮齿试样所承受的载荷越小。通过有限元方法对42CrMo齿轮进行弯曲疲劳试验数值模拟,从不同载荷下轮齿Mises等效应力云图,发现在受拉侧应力云图梯度大于受压侧,更容易产生疲劳裂纹,进而影响齿轮的弯曲疲劳寿命。最后,通过对重型装备传动啮合齿轮的数值模拟表明齿根裂纹扩展过程中主要类型为张开型,载荷不变时裂纹尖端应力强度因子随着半圆形裂纹半径、半椭圆形裂纹长轴半径和转矩的增大而增大;随着初始裂纹位置逐渐向轮齿的齿顶部位偏移,同样裂纹也在向这个方向扩展,当裂纹倾角达到60°时,此时的裂纹扩展最迅速,裂纹尖端也发生最大的应变。