热处理是齿轮热加工的最后一道工序,而渗碳淬火是热处理的重要环节。渗碳淬火后使齿轮轮齿表面和内部形成残余应力,残余应力对齿轮的抗疲劳强度、加工精度和抗腐蚀能力有显著的影响。但在实际工作中,传统的方法对于测量残余应力的分布有很多限制和不足,而且也很难精确地跟踪试件表面和内部的应力场变化。因此采用有限元模拟的方法,研究渗碳齿轮在淬火过程中的应力场变化,以及最终残余应力的分布具有重要的工程实际意义。本文基于热传学基本原理,热弹塑性理论,采用有限元软件ANSYS,对渗碳圆柱齿轮淬火冷却过程的温度场和应力场进行了数值模拟。根据模拟需要,将参数连续变化的渗碳层简化为阶梯变化,利用APDL语言编制了创建圆柱直齿轮模型以及渗碳层模型,各种材料参数的输入的命令流文件,可方便模型和参数的修改,实现模拟渗碳齿轮淬火过程的参数化分析。通过模拟计算,研究了渗碳圆柱齿轮在整个淬火过程中温度场和应力场的变化规律,以及最终齿轮轮齿残余应力的分布情况。并对残余应力场的分布特点进行了分析,为齿轮渗碳工艺的确定提供理论参考。将上述分析得到的残余应力场作为初始应力,研究了残余应力场对齿轮工作性能的影响,从数值计算的角度验证了渗碳齿轮在淬火后形成的残余压应力对齿轮的保护作用,并研究了不同渗碳层厚度对残余应力分布的影响,提出了合理的模型。