在综合研究高阶椭圆和变性椭圆生成机理的基础上,提出了一种新型非圆齿轮形式——高阶变性椭圆齿轮.采用数学推导与数值计算相结合的方法,建立了以高阶变性椭圆为基础的椭圆族数学模型,提出了最小传动比位置偏移率的概念,以表征周期内传动比曲线的不对称性.研究了在以高阶变性椭圆为节曲线的齿轮传动副中,主动轮与从动轮的转角关系、传动比关系、曲率半径及弧长计算等问题,得到了设计高阶变性椭圆齿轮所需各种参数的求解方法,采用这些方法并结合实际情况,即可设计出满足要求的高阶变性椭圆齿轮副.该设计方法对于普通椭圆齿轮的设计计算也同样适用,因此统一了各种椭圆齿轮的设计过程.