随着激光技术的迅猛发展，激光淬火在各个零部件的热处理中的应用越来越广泛。激光淬火是通过激光光斑的扫描，使得工件表面瞬间获得高温并达到马氏体转变的临界点，然后通过冷的基体使温度快速降低，从而达到淬火的目的。激光淬火在齿轮中的应用，研究较少，实际应用也不太广泛。本文针对目前国内常用齿轮钢材料20CrMnMo进行齿轮激光淬火的工艺和机械性能研究。从激光淬火工艺的理论层面进行了研究，总结了工艺中五大关键技术的解决方法。其中，扫描方式是核心，决定着淬火的整体效果，本文分析了适合不同尺寸齿轮的扫描方式，提出了大模数齿轮新的扫描方式。针对于工艺中的扫描速度、偏移值和入射角的问题，进行了分析和研究，提出了新的计算方法。基于ANSYS有限元软件，通过模拟齿轮激光淬火过程的温度场，对其做初步分析。本模拟的模型是通过UG软件导入到ANSYS中的三维齿轮模型，在齿面上进行模拟分析。激光光斑的移动以及部分载荷施加等采用APDL语言进行编程，直接导入到软件中，便于修改和发现错误。模拟结果符合预想结果，一定程度上反映了激光淬火的优良特性。根据模拟结果也得出了有一定参考价值的加工参数数据，为进一步试验研究奠定了基础。初步分析后，选择20CrMnMo钢材加工了一定尺寸的齿轮并开始试验研究。根据有限元模拟数据以及其他研究成果中的数值，整理划分不同的参数组合（激光功率、扫描速度和光斑直径）进行激光淬火加工试验。采用MATLAB软件对齿面硬度数据做进一步处理，分析得出齿面硬度值最大处的工艺参数。而后通过SEM对齿面微观组织进行观察，获得最佳的加工参数组合。分析最佳加工参数加工后齿轮的硬度、硬化层深度等以及当量硬化层深度的换算关系。通过对齿轮激光淬火理论和试验研究，一方面丰富了激光淬火的工艺理论和工艺参数计算方法；另一方面填补了低碳合金钢齿轮渗碳后激光淬火的试验研究空白。