高阶分段变性椭圆齿轮是一种新型非圆齿轮,统一了椭圆族齿轮的表达式,齿轮副啮合一周,变传动比曲线经历了多个周期,且周期内传动比曲线均不对称,很大程度增加了传动比的调节柔度,能够实现的传动范围更加广泛,可更好满足实际传动要求,具有很大潜力应用前景。由于高阶分段变性椭圆齿轮节曲线复杂的特殊性,导致其设计和传动方面的研究尚不成熟,本文针对这两个方面做出相应的研究。(1)研究高阶分段变性椭圆齿轮传动理论,实现齿轮副传动设计,对齿轮副节曲线凹凸性和曲率半径进行分析与计算,并分析非圆齿轮根切和轮齿分布规律,给出压力角和啮合度等参数的校验方法,分析非圆参数几何计算公式,利用计算技术选择最佳参数组合,合理设计出高阶分段变性椭圆齿轮参数。(2)利用数值离散点法拟合齿坯,实现参数化齿坯建立,建立插齿刀数学模型,构建内(外)啮合高阶分段变性椭圆齿轮包络插削数学模型,分析插削过程中插刀齿廓坐标转化,基于包络插削原理实现高阶分段变性椭圆齿轮参数化设计,分析圆柱齿轮刀建模方法,对虚拟插削实现的三维包络齿廓进行分析,构建直(斜)齿轮插削方案,插齿刀刀位点运动轨迹包络图表明直(斜)插削方案可行性,建立齿轮虚拟插削参数化设计实例,验证了虚拟插削参数化设计方法的可行性,齿轮齿面上存在真实的齿痕,接近于真实加工齿轮模型,用于动力学或运动学特性分析可减小由模型引起的误差。(3)利用有限元方法分析传动过程中轮齿受力情况,采用不同啮合位置代替非圆齿轮副啮合过程,分析共轭轮齿啮合过程受力变化,对不同啮合位置弯曲应力和接触应力进行分析计算,分析结果可知,轮齿节曲线附近的应力最大,当啮合角a=90°时,弯曲应力和接触应力最大,分别为8.4281e5Pa和6.3371e5Pa,实际齿轮啮合时是多齿,所以利用上述分析方法校核出的结果更加安全,为校核齿轮传动失效提供理论基础。运用理论的方法分析非圆齿轮结构参数对运动学变化特性影响,结果表明,随着偏心率增大,从动轮角速度和角加速度变化幅度也增大;变性系数为1时,齿轮副传动平稳,变性系数大于1时,角速度和角加速度变化幅度随着变性系数增大而变大;当分段数确定时,阶数不同高阶分段变性椭圆齿轮副传动过程中,从动轮传动比特性、角速度特性和角加速度特性在周期内的变化趋势相同,但变化周期不同,当分段数超过3段,且各段节曲线变性系数不同时,从动轮角加速度会发生突变,为高阶分段变性椭圆齿轮传动中动态设计论提供依据。本文基于包络插削原理,提出一种虚拟插削参数化设计方法,实现非圆齿轮副设计,模型齿面上存在齿痕,接近于真实加工得到齿轮模型,用于齿轮啮合特性分析可减小由模型引起的分析误差,分析齿轮副传动过程中承载能力,主要对轮齿啮合过程中应力进行分析,运用理论方法分析传动中运动学特性,为设计合适高阶分段变性椭圆齿轮变速传动系统提供理论依据。