通常齿轮在运转时，由于制造不良或操作维护不善会产生各种形式的故障。故障形式又随齿轮材料、热处理、运转状态等因素的不同而不同，常见的齿轮故障形式有齿面磨损、齿面胶合和擦伤、齿面接触疲劳和弯曲疲劳与断齿。
在齿轮运转状态下，伴随着内部故障的发生与发展，必然会产生振动上的异常。实践证明，振动分析是齿轮故障检测中更有效的方法。若齿轮副主轮转速为n1，齿数为z1,频率为f1;从轮转速为n2，齿数为z2，频率为f2，则齿轮啮合频率fC为：fC=Nf1z1=Nf2z2=Nn160z1=Nn260z2(1) 式中：N=1, 2, 3,„。齿轮处于正常或异常状态下，啮合频率振动成分及其倍频总是存在的，但两种状态下的振动水平有差异。如果仅仅依靠对齿轮振动信号的啮合频率及其倍频成分的差异来识别齿轮的故障是不够的，因故障对振动信号的影响是多方面的，其中包括幅值调制、频率调制和其他频率成分。
以振动与噪声为故障信息载体来进行齿轮的精密诊断，目前齿轮故障诊断常用的信号分析处理方法有以下几种：
(1)时域分析方法，包括时域波形、调幅解调、相位解调等;
(2)频域分析，包括功率谱、细化谱;
(3)倒频谱分析;
(4)时频域分析方法，包括短时FFT，维格纳分布，小波分析等;
(5)瞬态信号分析方法，包括瀑布图等。