齿轮作为汽车变速器的核心传动部件,随着传动系统转矩与转速的提高,对齿轮的工作性能及可靠性提出了更高的要求。对汽车高强度齿轮应用表面涂层强化技术,在齿轮表面制备改性涂层,可以有效提高齿轮的抗点蚀疲劳强度,提高齿轮的疲劳寿命,为解决这一问题提供了途径,具有广阔的发展前景。但涂层涂覆在齿轮表面后,改善齿轮工作状况的机理还未被完全认识和掌握。分形理论由于具有自相似性与无标度性,可望摆脱仪器分辨率的影响,实现对粗糙表面进行更为准确的理论建模,从而对涂层齿轮进行精确分析。基于W-M分形函数和岛屿面积分布的M-B分形接触模型,可以对不同分形状态下的粗糙表面进行良好的表征,对真实接触状态进行模拟,进而更加精确的计算粗糙表面间的接触应力。本文引入分形理论,在M-B分形接触模型与赫兹弹性接触模型的基础上,加入表面接触系数,针对某款自动变速器一档齿轮建立了齿轮分形接触模型;分析了主要分形参数对于分形接触模型的影响;利用模型对无涂层齿轮与有磷酸锰转化涂层齿轮的接触应力进行了计算,发现涂层能够降低齿轮副的接触应力;并讨论了不同分形维数与表面粗糙度对应力计算结果的影响,从而给出了改善齿轮接触性能的有利参数变化。利用分形接触模型的应力计算结果,结合齿轮温度场理论,对无涂层与有涂层齿轮进行了温度场仿真,发现涂层能够降低齿轮本体温度场的温度,但对于温度分布状态没有影响。通过动力循环式齿轮疲劳试验台对两种齿轮进行疲劳耐久试验,使用高清红外热像仪对齿轮温度信息进行采集,通过表面粗糙度测量机对试验后齿轮进行轮廓测量,运用扫描电子显微镜对轮齿进行观察,从温度、表面形貌及微观结构对涂层的强化机理进行了分析。结果表明,磷酸锰转化涂层通过覆盖齿轮表面的切削波纹,减少表面波谷的数量及深度,减小了啮合副间的摩擦因数,同时降低齿轮啮合的温度,减小了齿轮的热应力,达到改善齿轮接触状态,提升齿轮的抗点蚀疲劳寿命,提高齿轮的工作性能,进而提高变速器的可靠性。