柔轮的疲劳失效是谐波减速器的主要失效形式之一,这种失效的危险程度随传动比的减少而增大,因此,柔轮的疲劳断裂在小速比谐波减速器中尤为显著,其严重制约了小速比谐波减速器服役寿命的提高。论文针对上述问题并结合小速比谐波减速器的传动特点,提出了基于支撑函数的波发生器轮廓几何参数优化设计方法,结合曲线映射原理和齿轮啮合原理,建立了考虑柔轮承载变形的谐波齿轮齿形设计模型。利用建立的啮合运动仿真分析模型和有限元模型对谐波齿轮装配与加载后的啮合特性展开了研究,然后通过实验开展了谐波减速器的整机性能测试,对于提高小速比谐波减速器的服役寿命具有一定理论指导与工程意义。论文的主要研究内容如下:（1）建立了基于支撑函数的波发生器轮廓数学模型;推导了柔轮与波发生器装配后齿圈周向弯曲应力与中性层曲线变形前后曲率差的关系,以波发生器的几何结构性质为约束条件,提出了以降低柔轮齿圈周向弯曲应力为目标函数的波发生器轮廓几何参数优化方法。（2）建立了空载下谐波齿轮传动啮合点的速度方程,得到了共轭区域与齿形压力角的关系;结合曲线映射原理与谐波齿轮双向共轭理论,建立了考虑柔轮承载变形的谐波齿轮二维齿形设计模型;基于柔轮滚削加工的工艺特点和柔轮承载后的筒体扭转变形规律分析,提出了适用于柔轮三维齿形滚削加工的加工变位曲线方程计算方法。（3）建立了谐波齿轮柔轮齿圈不同截面的啮合运动仿真模型,分析了柔轮齿相对于刚轮齿的运动轨迹与啮合侧隙;通过有限元法,分析了谐波齿轮在装配与承载工况下的变形规律、应力分布以及齿面啮合特性。结果表明:装配应力是小速比谐波减速器齿根应力的主要来源,重合度与接触齿宽随载荷的增大而明显增加,采用本文的设计方法,能够实现装配应力与啮合应力的作用区域分离。（4）开展了谐波减速器的样机加工与基本性能测试,观察了柔轮齿面磨损位置以及柔性轴承外圈表面的磨损状况,验证了理论预测结果与实际测试结果的吻合度。结果表明:当波发生器每转一圈时,空载传动误差曲线出现两个周期,谐波减速器的扭转刚度随负载的增大而增大,振动频率主要为输入转频的偶数倍。