Roda gigi merupakan elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya dan putaran sehingga sistem mekanisme mesin dapat bekerja sesuai dengan fungsinya. Kerusakan atau kegagalan sering terjadi pada roda gigi traktor tangan. Kegagalan pada roda gigi khususnya pada gearbox traktor merupakan hal sangat fatal karena menyebabkan kerugian ekonomis dan efisiensi. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penyebab patahnya roda gigi lurus tersebut melalui kajian eksperimen dan simulasi. Pengujian ekperimental yang dilakukan adalah uji kekerasan, uji komposisi kimia dan pengamatan permukaan patah. Pengujian kekerasan dilakukan dengan metode Rockwell. Permukaan patah diamati menggunakan SEM untuk mengidentifikasi rambatan retak, dan jenis patahan. Analisis tegangan, regangan, dan juga faktor intensitas tegangan dilakukan dengan menggunakan metode elemen hingga. Hasil pengujian komposisi kimia menunjukkan bahwa spesimen mengandung kadar C 0.142(%) dan Cr 1.14(%) sesuai dengan standar AISI 4120. Nilai kekerasan roda gigi adalah 109 HRB. Hasil pengamatan permukaan patah menunjukkan permukaan patah getas yang menandakan terjadinya beban kejut. Hasil simulasi menggunakan metode elemen hingga menunjukkan nilai stress (13309 MPa), strain (0.15022), dan KI 53 (Mpa√m) maksimum terjadi dibagian tengah gigi. Nilai KI > KIC menunjukkan bahwa retakan yang terjadi merambat dalam kasus ini. Kegagalan roda gigi disebabkan oleh adanya cacat awal dan juga diperparah oleh beban kerja yang berat.