随着天宫一号与神舟系列飞船的成功对接和空间技术快速发展，在空间站中发挥重要作用的空间机械臂也逐渐受到人们的重视。空间机械臂中关节的性能直接影响机械臂工作性能，这也对关节中的机械传动提出了严格要求。由于关节结构紧凑且控制复杂，在关节轴心穿过各种接线既起到保护作用又节省了空间，而一般的谐波减速器轴心孔很小。本课题旨在研制出用于空间机械臂关节中，在一定的外形安装尺寸以及较大轴心孔径的要求下具有减速比大、传动精度高、扭转刚度大、寿命较大的谐波减速器。首先根据研究条件选用合适的齿形轮廓和传动比，然后计算变位系数和齿高修形等啮合参数，并验证谐波正常传动不产生干涉的条件。在确定齿轮的分度圆等基本传动尺寸之后，对柔轮尺寸进行了初步设计并且对柔轮进行齿面磨损、疲劳强度、筒底稳定性等进行校核。然后对柔轮尺寸进行了优化设计。柔轮是谐波减速器寿命的短板，减小柔轮在工作中受的交变应力是优化设计的主要目标。利用有限元工具ANSYS分析柔轮的圆角、壁厚等结构参数对柔轮中应力影响并以此为依据优化柔轮尺寸。确定柔轮尺寸之后设计刚轮和波发生器，使整体尺寸和轴心孔径尺寸满足设计要求。然后建立并简化刚度分析模型，得到刚度曲线，仿真刚度与实验相对比并分析了差异原因。对疲劳寿命进行有限元仿真分析，得到不同负载力矩作用下对柔轮寿命的影响。最后对加工完毕的谐波减速器进行性能测试实验。在清洗和检查之后，完成了空载跑合和加载跑合实验。利用光学原理测量了谐波减速器的回差和传动精度。通过加载完成了扭转刚度实验，得到谐波减速器的机械滞回曲线并计算出谐波减速器的扭转刚度。