射电天文学及深空探测技术的发展，对大型射电天线的口径、灵敏度以及指向跟踪精度等提出了更高的要求。当大型射电天线方位转动部分采用轮轨式结构时，探讨轮轨精度对指向误差的影响、轮轨的磨损问题成了亟待解决的课题。本文以国家天文台50m天线轮轨系统为主要研究对象，引入三维弹性体非Hertz滚动接触理论，构建天线轮轨滚动接触系统模型，从数值计算层面分析天线轮轨在滚动接触中的几何形变及滚动接触滑移。通过天线轮轨三维弹性体非Hertz滚动接触的分析，为仿真模型和实验测试提供理论支持。其次，根据理论分析模型建立50m天线轮轨三维接触模型，仿真分析了轮轨接触区部分的接触应力及变形，分析天线轨道结构特别是轨道接头处几何型面突变对轨道的影响，讨论轨道接缝角度、温度等外部因素对轨道力学性能的影响。最后，实地勘测50m射电天线轮轨滚动接触疲劳磨损情况，获得轮轨磨损数据。对50m射电天线轨道进行全轨水平度及加载变形测量，检验理论及仿真模型的计算结果。根据实测数据，分析轨道与轨道面产生大裂缝的原因，提出天线轨道的维修方案，对50m天线进行维修与调整，并对轨道全轨不平度等参数进行重新实测，评估天线轨道维修效果。考虑轨道因素导致的指向精度误差，建立射电天线的指向修正模型，利用50m射电天线进行全天域指向校准实验，验证修正后的指向精度。本文所建立的三维轮轨滚动接触模型与轨道测量方案，有利于大型轮轨式射电天线轨道问题的研究，为解决因轨道问题引起的天线指向跟踪精度降低和大型轮轨式射电天线轨道结构设计与运行维护提供一定的参考与指导。