非圆齿轮机构可准确高效地实现两轴间的变速比传动,在自动机械领域有着较为广泛的应用。机构运动特点决定了非圆齿轮主要承受变化负载作用。然而目前其齿廓设计都是以齿廓几何及啮合特性为出发点,未考虑机构的负载特性,导致各轮齿受力可能不均衡,容易造成齿轮失效。作为解决上述问题的一种探索,本文提出平面非圆齿轮齿廓设计的新方法——力臂函数法。该方法以机构负载特性作为设计条件之一,建立齿廓形状与负载及受力条件的联系,在满足啮合定律的条件下,力求非圆齿轮各轮齿接触力能均衡,以提高传动性能及齿轮强度。力臂函数法原理、力臂函数的设计和基于力臂函数法的非圆齿轮齿廓设计及仿真构成了本文的主体研究内容。论文给出了力臂函数法设计非圆齿轮齿廓的原理,定义了力臂函数及力臂曲线,推导得出只由力臂函数及非圆瞬心线函数确定的齿廓数学表达式,并分析了这种齿廓曲线的几何特性。这是按力臂函数法设计的齿廓曲线在非圆齿轮上能够得到应用的理论基础。论文以齿廓曲线光滑连续、无拐点以及轮齿接触力不突变为条件,探讨了力臂函数应满足的设计条件。在此基础上,论文提出了力臂函数的三种设计方法,即综合负载法、等压力角法和预定曲线法,阐述了这三种设计方法的基本原理。论文探讨了基于力臂函数法的非圆齿轮齿廓设计条件,在满足最小瞬时重合度及齿廓不发生干涉的条件下,分析了非圆齿轮类模数、齿数、齿顶高及齿根高等齿廓参数的确定方法。提出了等弧长和等极角两种分齿方式,并给出了这两种分齿方式下的齿廓设计过程。在上述研究工作基础上,论文借助MATLAB软件编写了基于力臂函数法的非圆齿轮齿廓设计应用仿真程序。该程序通过人机交互界面输入设计参数、计算并输出齿廓数据、校验齿廓的正确性,并可实现一对非圆齿轮的啮合仿真。仿真算例表明,在合理的设计参数下,力臂函数法可以设计出可行的非圆齿轮齿廓,从而验证了本文所提方法的有效性。