汽车齿轮作为动力传动的主体,起着传递动力和运动,改变发动机、曲轴和主轴速比的作用,是传动系统的基本部件。因为齿轮传动本身具有重复性强、连续工作的特点,齿轮受力较大、受冲击频繁,极易在循环交变应力作用下产生疲劳失效。如何提高齿轮的抗疲劳强度,延长其疲劳寿命,是齿轮研究的重点和难点。本文从仿生表面改形与改性相结合的角度,优化设计了9种不同直径、间距的凹坑型仿生表面微观形态,利用激光表面图形雕刻加工技术将这9种形态分别加工于齿轮模型试件表面,通过硬度测定和金相组织实验分析了激光处理对齿面的强化作用,在得到凹坑型仿生表面微观形态的同时,还可得到具有较高硬度的表面层组织。本文采用齿轮台架负荷运转试验法进行齿轮疲劳强度试验,根据试验优化设计技术安排试验方案,采用复型法研究各形态齿轮试件的疲劳损伤程度,分析仿生表面微观形态尺寸参数对齿轮抗疲劳性能的影响规律,并优选出具有最佳抗疲劳性能的仿生表面形态(凹坑直径为100μm、径向中心距为450μm、轴向中心距为850μm)。将优选出的仿生表面微观形态齿轮与普通形态齿轮作疲劳强度对比试验,得出两齿轮各齿面点蚀率对比曲线,可知仿生表面微观形态齿轮的抗疲劳性能明显优于普通形态齿轮,并分析了其抗疲劳机理。采用有限元软件ANSYS对齿轮接触进行了二维、三维静力学数值分析,获得了普通形态齿轮和凹坑形仿生表面微观形态齿轮在啮合时的等效应力、接触应力分布及峰值等重要力学数据,为研究仿生表面微观形态齿轮抗疲劳机理提供理论依据,并对进行疲劳寿命预测有一定的借鉴意义。