齿轮广泛应用于各种装备领域，其传动性能的优劣和承载能力的高低很大程度上决定着机械装备的性能与质量。硬齿面齿轮可以成倍提高传动装置承载能力和使用寿命，减小传动装置的尺寸和重量。齿轮的硬齿面通常是在机械加工后通过热处理获得的，磨齿是齿面淬硬后消除热处理变形，并进一步提高齿轮精度和改善齿面粗糙度的主要方法。相比展成磨削方法，齿轮成形磨削方法加工效率高、机床结构简单、加工精度高，特别适合大模数和大型硬齿面齿轮加工。　　为了保证齿轮承载能力和齿轮使用寿命，必须严格控制齿面表层材料的综合物理机械性能。磨削过程中，磨削力、磨削功率和磨削热随齿轮参数和磨削参数改变呈现非常复杂的变化，在很多情况下，会改变齿轮齿面表层微观组织结构、造成齿面硬度的降低以及在齿轮表面产生残余拉应力，对于齿轮接触疲劳强度有很大影响。　　国内外学者对于工件和砂轮接触关系较为简单的平面磨削或外圆磨削传热问题进行了较为深入的研究，基于移动热源模型、倾斜移动热源模型、圆弧接触移动热源模型，建立了磨削区磨削温度解析模型和热比率分配子模型。对于接触关系较为复杂的齿轮磨削传热问题，研究难度较大，相关研究较少。对于复杂接触状态的齿轮磨削传热问题，需要解决几个方面的问题：1）建立三维接触状态下曲面接触移动热源的基本模型，2）建立齿轮表面热流三维非均匀分布，3）沿齿轮轮廓热分配比率的变化规律。　　本文以渐开线廓形直齿圆柱齿轮成形磨削为研究内容，通过系统分析齿轮成形磨削过程中砂轮和齿轮轮廓的接触关系，在国内外首次建立了渐开线直齿圆柱齿轮成形磨削磨削力分布模型、磨削功率模型和三维传热磨削热模型；通过详细考虑传入工件、砂轮、磨屑、磨削液各个部分的热比例以及对应磨削热沿齿轮轮廓的分布，建立了沿渐开线齿廓分布的磨削热比率分配模型；基于磨削力分布模型和热分配比模型，建立了砂轮—齿轮接触曲面上的三维热流密度分布模型。通过对磨后齿廓表面的巴克豪森噪声检测和微观硬度检测，确定了成形磨削低碳合金钢齿轮的磨削烧伤功率阈值和巴克豪森噪声 RMS临界值，对于合理设置磨削工艺参数和磨削条件，特别是对磨削过程中热损伤的直接监测控制提供了重要途径。以砂轮—齿轮接触曲面上的三维热流密度分布结果为热载荷，开展了齿轮成形磨削应力场数值分析工作，对磨削后的残余应力状态以及残余应力沿齿轮齿廓和深度方向的分布进行了研究，对比分析了不同齿轮模数和齿数的齿轮在成形磨削过程中，几何接触关系、磨削力、磨削温度、残余应力的分布规律。　　对齿轮成形磨削磨削力的理论分析与实验研究结果表明，沿齿轮轮廓不均匀分布的磨削力会造成砂轮的不均匀磨损。通过特殊设计的实验，测得了不同磨削条件下磨削力沿齿轮轮廓的分布，对齿轮磨削功率模型和磨削力分布模型进行了试验验证。　　建立了齿轮磨削热流密度在砂轮与齿轮接触区三维分布模型，即沿齿轮齿廓具有和切向磨削力与砂轮线速度乘积一致的分布规律，而沿接触弧长方向呈三角形分布；建立了湿磨和干磨时，沿齿轮轮廓传入工件的热比率模型；通过理论分析和试验，确定了干磨与湿磨时传入工件的热比率变化规律。齿轮轮廓渐开线滚动角对磨削温度的分布有很大的影响。成形磨削时，齿轮表面的磨削温度沿齿轮齿廓随渐开线滚动角的增加而增大，最大磨削温度出现在齿廓顶部。利用布置于齿槽两侧四个不同滚动角位置的热电偶测得了不同磨削参数下的磨削温度，其结果与本文提出的磨削温度解析模型计算的温度结果具有很好的一致性。　　对齿轮齿廓磨削残余应力分布变化开展了理论和试验研究。结果表明，残余应力的主应力方向为齿轮齿廓方向，磨削温度超过300℃区域产生残余拉应力，齿面残余应力呈不均匀分布，最大残余应力出现在齿轮顶部。　　在磨削大模数和大齿数的齿轮时，温度沿齿廓的分布也更加平坦；齿廓上的最大残余应力也随被磨齿轮模数和齿数的增加而降低。这表明在砂轮磨削性能稳定的前提下，采用成形磨削方式磨削大模数和大齿数的齿轮将获得表面完整性更一致的齿廓。