本发明公开了一种薄壁大内孔平齿轮渗碳微变形装夹方法及装夹装置，属于热处理技术领域。本发明的装夹方法及装夹装置，其包括工件串挂固定和工件端面固定两部分，工件串挂固定是将薄壁大内孔平齿轮的中心孔串挂在水平串挂杆上，工件端面固定是在薄壁大内孔平齿轮的两侧端面上下分别用端面固定杆夹持固定。通过串挂的方式装夹薄壁大内孔平齿轮，并且通过水平串挂杆的合理设置，使串挂杆对工件的支撑达到最佳状态，实验证明能够有效防止齿轮渗碳后内孔失圆，大大降低了齿形的畸变；同时对齿轮的两侧端面上下分别用端面固定杆夹持固定，配合串挂式装夹，有效防止了此类齿轮的平面翘曲，防止了齿形产生畸变，提高了薄壁大内孔平齿轮渗碳后的尺寸精度。