谐波齿轮传动和行星齿轮传动各自的优点使其在不同领域的应用越来越广泛。但是谐波齿轮传动中传统杯形柔轮的轴向尺寸大的缺点却限制了其在宇航空间机构中的应用。行星齿轮传动的体积和重量与传动比成正比的特点使得其在高速比、小空间的情况下失去了优势。因此,本文主要设计一种采用不同于现有杯形柔轮结构和将一级行星齿轮减速机构内置于凸轮波发生器中的复合式谐波减速器。对复合式谐波减速器的结构参数、连接方式、传动比、传动效率、承载能力进行了分析,研制80机型的复合式谐波减速器样机。对现有谐波减速器性能测试试验台改造后,对复合式谐波减速器进行了性能测试。针对传统的杯形结构柔轮,提出三种新型杯形结构,利用ANSYS的APDL语言设计不同结构柔轮的参数化接触分析模型,分别对机型、轴向尺寸相同的传统杯形柔轮和三种新型结构柔轮进行对比分析,得到四种结构柔轮的性能排序。然后结合较优形状的柔轮结构,分析结构参数对柔轮所受最大等效应力和最大变形量的影响,为样机的研制提供参数选取依据,在热和结构耦合的情况下对柔轮和刚轮的简化接触模型进行接触分析。根据参数影响分析后各结构参数的影响曲线,分别选取满足材料性能参数的结构尺寸,设计一种具有新型柔轮的谐波减速器,以凸轮式波发生器的凸轮尺寸为限制条件,利用MATLAB软件,电算内置于凸轮波发生器中的满足尺寸的2K-H型行星减速机构。然后分析了复合式谐波减速器的传动比、承载能力和效率,最后加工80机型复合式谐波减速器的样机。结合样机的结构和尺寸对现有的试验台和数据采集系统进行改造,通过对样机效率试验、启动力矩试验、跑合温升试验的测试结果与其它相同机型谐波减速器的对比,验证复合式谐波减速器在相同机型产品中的轴向尺寸小、冲动比大、效率高、承载能力相当的结论。