随着主机装备对传动系统的精度、回差及寿命要求的不断提高,蜗杆传动正在向高精度、高效率、高承载、无侧隙等方向发展。作为一种新型蜗杆传动形式,单滚子包络环面蜗杆传动因其啮合齿数多、摩擦系数小等特性,具有承载能力强、传动效率高及使用寿命长等优点,且通过对环面蜗杆齿面进行合理预紧修形可实现无侧隙啮合传动,因而在精密分度机构等领域具有广泛应用前景。论文以单滚子包络环面蜗杆传动副为研究对象,采用理论分析、数值计算、有限元仿真及试验验证等相结合的方法,突破设计参数、装配误差、齿面修形等多物理量耦合作用下传动副的无侧隙啮合关键技术,为解决其工程应用中的传动精度提升及回差控制等关键问题提供理论依据。论文的主要工作如下:（1）采用微分几何学和齿轮啮合原理,结合滚子包络环面蜗杆副的结构特点和运行机理,建立了传动副的啮合几何学模型,获得了其啮合方程、环面蜗杆齿面方程,形成了接触线分布、啮合界限曲线、根切界限曲线、润滑角、诱导法曲率等宏微观啮合性能的数学模型,分析了传动副几何参数对宏微观啮合性能的影响规律。（2）基于传动副理论啮合几何学模型,建立了含中心距误差、蜗杆轴向误差、蜗轮轴向误差和轴交角误差的传动副多误差状态下的啮合几何学模型,分析了不同误差状态下传动副的接触干涉区域,提出了一种利用干涉区域截面积作为干涉质量的评价指标,通过对干涉截面积进行数值求解,获得了各误差分量对干涉区域的影响规律。（3）利用两侧齿面同时预加载方法,通过对环面蜗杆齿面进行分段修形控制,实现了单滚子包络环面蜗杆传动副的无侧隙啮合,推导了理论齿面到修形齿面的坐标变换模型,分析了各部分修形参数及关联规律。针对齿面应力改善的滚子对数曲线修缘和二次倒角修缘分析,建立了传动副修形前后的高保真三维实体模型及有限元分析模型,开展了传动副接触区域对比分析,验证了传动副齿面修形的有效性和无侧隙啮合的正确性。（4）利用虚拟回转中心磨削加工原理和单滚子包络环面蜗杆的包络展成过程,分析了环面蜗杆齿面在高精密磨削加工中的工件与磨头的联动关系,研制了包含修形及修缘特征的环面蜗杆样件。定义了环面蜗杆齿面的拓扑网络误差,提出了一种基于齿轮测量中心的误差测量方法及齿形匹配原理,建立了误差数据点计算处理流程,检测了环面蜗杆样件的齿面精度,为单滚子包络环面蜗杆传动副的齿面高精度加工及检测提供了理论指导。