面齿轮副是由小轮为圆柱齿轮和大轮为近似锥齿轮的端面齿轮组成,主要应用于传递带有一定交角的动力装置中,如汽车差速器、直升机减速箱和钓鱼卷线器等。近些年来,不少研究者为了提高面齿轮在机械装备中的传动效率,提出多种不同齿形的面齿轮,其主要是通过改进主动圆柱齿轮的齿形,并将不同种性能优良的圆柱齿轮与面齿轮相结合,设计出多款不同齿形、传动效果好的面齿轮副。本文采用的弧线齿圆柱齿轮具有啮合性能好、重合度大、传动效率高、传动平稳等优点,将其与面齿轮传动相结合,提出一种新型非正交弧线齿面齿轮。本文以弧线齿圆柱齿轮为假想刀具齿轮,并使假想刀具齿轮绕面齿轮轴线做包络运动生成非正交弧线齿面齿轮。以假想刀具齿轮齿面方程为理论基础,经过坐标变换,推导出非正交弧线齿面齿轮工作齿面及过渡曲面方程,为了验证面齿轮齿面方程的准确性,通过Matlab对面齿轮全齿面进行可视化处理,得到单齿全齿面数学模型。运用Excel宏程序将在Matlab中得到的面齿轮全齿面点集导入Catia进行实体建模,从建立的模型上看面齿轮会出现内径齿根部缺陷、外径齿顶部尖化现象。故在对非正交弧线齿面齿轮设计必须消除面齿轮根切、顶尖现象,因此本文推导了消除根切现象的最大内径方程以及消除顶尖现象的两种最小外径方程,计算出该种新型面齿轮的有效齿宽,并通过Catia二次开发对轴交角为100°时的弧线齿面齿轮进行滚齿仿真,将解析法计算出的内外径值通过旋转切除面齿轮齿坯得到完整弧线齿面齿轮模型,检验是否消除根切及顶尖现象,以此来验证有效齿宽数值的准确性。并通过改变面齿轮设计参数来分析非正交弧线齿面齿轮有效齿宽变化规律,得出如下结论:当轴交角不断增加时,内径与外径逐渐增大,且外径变化的曲线上升幅度要比内径更加明显,从而齿宽不断增大。随着压力角的不断增加,内径与外径逐渐减小,内径变化曲线下降的幅度比外径大,故齿宽逐渐增大。为了改进弧线齿面齿轮传动性能,避免因弧线齿圆柱齿轮齿顶棱边与面齿轮齿面发生边缘接触导致面齿轮齿面磨损,故本文对弧线齿圆柱齿轮进行齿顶棱边圆角化设计,推导出齿顶圆角方程,并对齿顶圆角化的弧线齿圆柱齿轮进行数学建模和实体建模,将圆柱齿轮齿顶圆角方程和齿面方程经过坐标变换,推导出圆柱齿轮齿顶圆角化后面齿轮的工作齿面及过渡曲面,并对齿顶棱边和齿顶圆角化后生成的面齿轮进行可视化及实体建模,得出如下结论:在面齿轮传动中,圆柱齿轮齿顶处的修形只会影响面齿轮过渡曲面,且与修形前的面齿轮相比,对圆柱齿轮齿顶圆角化修形会增加面齿轮内径及外径处齿根部的齿厚,从而提高面齿轮传动强度。为了验证圆柱齿轮齿顶圆角化修形对面齿轮强度的影响,本文通过对圆柱齿轮齿顶棱边及齿顶圆角化后的非正交弧线齿面齿轮进行弯曲强度分析,得出结论:圆柱齿轮齿顶圆角化生成的面齿轮抗弯强度更高。最后,由于弧线齿面齿轮单齿具有不对称性,不能采用传统插齿等方法进行加工。故本文结合全自动数字化机床,利用仿真加工软件Mastercam对非正交弧线齿面齿轮进行仿真加工,并给出仿真加工的步骤及每一步的加工刀路轨迹和加工详细操作说明,通过后处理得出数控程序,为具有复杂齿面的面齿轮提出了一种新的加工方式。