磁性齿轮传动方式为非接触式传动,靠磁极耦合进行传动,可以很好地解决传统机械齿轮由于直接接触啮合而产生的振动噪声以及磨损失效的问题。磁性齿轮在工业上以及航空领域有很好的应用前景,但是目前主要由于转矩不够大的问题,限制了磁性齿轮的发展。相比于内啮合磁性齿轮来说,对外啮合磁性齿轮的研究较少,这是由于目前外啮合磁性齿轮的转矩以及传动稳定性都不如内啮合磁性齿轮,但是外啮合磁性齿轮有它特殊的优势,比如交叉轴磁性齿轮可以通过一级传动实现传动方向空间90°交错,这是内啮合磁性齿轮以及传统机械齿轮所不能替代的,因此需要针对外啮合磁性齿轮进行深入研究。本文将针对两种外啮合磁性齿轮(平行轴磁性齿轮和交叉轴磁性齿轮)进行研究。本文在文献综述的基础上,分别建立了这两种外啮合磁性齿轮的电磁场有限元模型,通过在静态磁场与瞬态磁场进行有限元建模与仿真探究这两种磁性齿轮的结构及传动特性,找到影响齿轮转矩大小的因素,并对这些因素进行分析与试验验证,最后基于响应面法对齿轮结构进行优化,找出使得转矩达到最大时的齿轮参数。对平行轴磁性齿轮进行有限元仿真分析,发现影响齿轮最大输出转矩的因素包括齿轮直径、齿轮间隙、磁极数、磁环厚度以及宽径比。针对这5个影响因素,设计控制变量的仿真试验,得到单个因素与最大输出转矩变化的规律:转矩与宽径比、齿轮直径呈正增长关系;转矩与齿轮间隙、磁极数呈负增长关系;磁环厚度在1 mm～3 mm之间,厚度增加转矩增大,厚度在3 mm～5 mm时转矩有所下降,但下降幅度不大;齿轮直径越大,转矩减小或者增加的幅度越大。对交叉轴磁性齿轮进行有限元仿真分析,设计参数除了平行轴磁性齿轮的五个参数以外,还增加一个螺旋角参数。通过静态磁场与瞬态磁场仿真分析得到齿轮各因素与最大输出转矩之间的关系为:转矩与磁环厚度、宽径比、齿轮直径呈正增长关系;转矩与齿轮间隙、磁极数呈负增长关系;螺旋角在45°时转矩最大;齿轮直径越大,转矩变化幅度越大。然后将两种磁性齿轮的结构参数对转矩的影响进行比对分析,发现同尺寸的平行轴磁性齿轮转矩要大于交叉轴磁性齿轮,且两者对转矩的影响趋势也有差异。接着搭建交叉轴磁性齿轮试验台,测量齿轮间隙变化时最大输出转矩的数值,并将结果与仿真结果比较,验证仿真结果的正确性。找到实际测试结果与仿真结果存在差异的原因,以及实际运用中可能会出现的问题,并针对问题给出合适的解决方案。最后运用响应面法优化平行轴磁性齿轮与交叉轴磁性齿轮的结构参数。通过将仿真数据与目标优化函数建立响应面,求解得出最终优化函数、每种磁性齿轮的最佳参数组合、以及该结构下转矩的最大值。