谐波齿轮传动依靠柔轮的波动变形实现运动和动力的传递，与其它传动技术相比具有许多不可替代的优点，已广泛应用于航空航天、机器人及其精密仪器等众多领域。圆弧齿廓谐波齿轮参与啮合的齿对数多，从而有效降低齿根应力，提高传动性能和承载能力。然而圆弧齿廓谐波齿轮的啮合分析、齿廓设计及合理性验证等的研究较少。本文围绕基于柔轮变形特征的啮合分析、共轭齿廓设计和侧隙计算评价等关键问题，开展了以柔轮结构分析为基础，以基于精确算法的圆弧齿廓谐波齿轮啮合分析，包络存在区间和共轭齿廓求解及拟合为重点，以侧隙分布为评价指标，以数值模拟和可视化仿真为验证手段等一系列研究工作。　　 提出考虑中面伸缩变形的柔轮计算模型，将波发生器作用下的圆环分为接触区和非接触区，提出基于强制几何约束条件和平衡方程及连续条件的求解方法。获得不同波发生器作用下的圆环变形，为后续的啮合分析、共轭齿廓设计、侧隙计算及啮合状态可视化奠定理论基础。　　 提出基于柔轮变形的包络精确算法，计算波发生器作用下柔轮中面变形引起的轮齿对称线相对于径矢的转角和中面周向位移引起的转角;建立基于装配变形的柔轮轮齿的包络存在区间和共轭齿廓求解方法，完善谐波齿轮啮合理论。　　 提出弧长参数的圆弧齿廓表示方法，建立基于包络精确算法的公切线圆弧齿廓谐波齿轮的共轭齿廓设计及其拟合方法;利用精确算法和有限元模型计算结果确定变形后轮齿的位置和方位，提出公切线双圆弧齿廓谐波齿轮的啮合侧隙计算方法，以评价齿廓设计的合理性及其啮合性能。　　 利用参数化有限元建模语言APDL建立带有轮齿的杯型柔轮参数化有限元模型，通过柔轮筒和波发生器之间的接触分析验证空载传动状态下中面伸长理论计算结果;施加基于实验结果分布的啮合力计算承载传动状态的柔轮变形和应力，为啮合分析、啮合侧隙计算和传动状态可视化提供更准确的依据。　　 提出基于等分弧长算法、精确算法和有限元结果的轮齿定位方法，建立变形后柔轮的参数化模型及谐波齿轮装配模型，模拟空载传动状态的轮齿啮合状态和干涉情况;利用坐标变换方法确定柔轮轮齿在刚轮齿槽中的相对位置，模拟仿真柔轮齿相对于刚轮齿槽的啮合运动过程，使谐波齿轮啮合运动过程可视化，为谐波齿轮传动的齿廓设计和啮合性能评价提供新途径。