非圆齿轮综合了圆齿轮和凸轮机构的优点,能准确地以变传动比传递较大的动力,还可用于实现精确非圆轨迹的运动。由于种类繁多、形状各异、传动副设计计算复杂,特别是滚、插等加工时联动轴的(角)速度、(角)加速度时变剧烈,加工困难且精度难以保证。为发挥非圆齿轮传动独特优势及满足大量制造的现实需要,对非圆齿轮进行理论统一及研究高精高效制造技术具有重要价值。用高阶多段变性椭圆齿轮统一刻画椭圆族封闭齿轮,探索高阶多段变性椭圆齿轮共轭对传动机理,分析其传动特性,达到标准化设计之目标,为同行广泛采纳和应用。针对当前普遍采用效率低下的线切割加工非圆齿轮的现状,本文优化及遴选非圆齿轮滚齿和插削联动方案及数学模型,构建完整的制造理论,重点研究非圆齿轮对角滚齿方法及非圆斜齿轮制造理论,实现高精高效低成本加工非圆(斜)齿轮之目标。本文在对国内外非匀速比传动设计方法及非圆齿轮制造技术分析总结的基础上,采用理论分析、数值模拟和实验相结合的方法,对高阶多段变性椭圆齿轮的设计方法、特性,及包括高阶多段变性椭圆齿轮在内的自由节曲线非圆齿轮的滚齿、插齿等技术进行了深入研究。完成的主要研究工作和成果总结如下：1)研究椭圆族封闭齿轮传动理论。根据应用中最大、最小传动比要求,提出高阶椭圆齿轮、二段变性椭圆齿轮、高阶二段变性椭圆齿轮传动的实用设计方法；特别研究了椭圆族斜齿轮和椭圆族内啮合齿轮传动理论；在此基础上,提出高阶多段变性椭圆齿轮这一椭圆族封闭齿轮的统一数学表达式,研究了啮合对的设计方法和性能特性。2)研究高阶多段变性椭圆齿轮CAD系统和虚拟加工方法。基于Matlab与VBA混合编程开发出功能齐全的高阶多段变性椭圆齿轮CAD系统,还研究了高阶多段变性椭圆齿轮滚齿和插齿虚拟加工技术。3)研究多策略椭圆族封闭齿轮滚齿加工技术。包括非对角滚四轴联动、非对角滚五轴联动、对角滚五轴联动、对角滚六轴联动,分别建立了4种滚齿方法的实用联动模型,完成最佳滚齿模型的遴选,提供了2种对角滚方案的应用方法。4)研究多策略的外啮合和内啮合椭圆族封闭齿轮插齿技术。基于插齿基本联动模型,开发出具备插制斜齿功能的实用联动模型,进行实用联动模型性能分析及方案遴选,获得最佳联动模型,构成了完整的非圆齿轮插削加工理论。