机电集成压电谐波传动系统是一个集压电驱动、谐波传动和活齿传动于一体的新型传动装置,该传动系统克服了传统摩擦式压电电机易磨损、寿命短以及非接触式压电电机输出转矩小的缺点,具有响应速度快、寿命长、低速大转矩、无电磁干扰等优点,在航空航天、生物医学、精密定位和微型机器人等尖端技术领域具有广泛的应用前景。本文分析了机电集成压电谐波传动系统的工作原理。建立了该种传动系统的机电耦合静力学方程,分析了活齿传动系统的工作过程及受力随转角的变化规律以及系统输出转矩随电压等参数的变化规律。研究发现:输出转矩以一特定角度为周期发生周期性波动。在压电学、连续体振动理论和离散体振动理论的基础上,建立了机电集成压电谐波传动系统机电耦合动力学模型,推导了机电耦合自由振动方程,求解了系统的固有频率和模态振型。揭示了系统参数对耦合固有频率的影响规律。分析了不同模态下系统耦合对固有频率的影响规律。研究发现:系统耦合使得驱动部分相近模态固有频率和传动部分全振动模态下的固有频率均发生了变化。针对驱动部分、传动部分以及整体耦合三种情况,建立了机电集成压电谐波传动系统在压电激励下的受迫振动分析方程组。讨论了驱动参数和传动参数对系统耦合受迫振动的影响规律。研究发现:驱动部分参数和传动部分参数对系统受迫振动的影响主要表现在改变受迫振动振幅上。考虑压电陶瓷存在的非线性压电效应和活齿啮合齿数变化引起的非线性效应,建立了机电集成压电谐波传动系统驱动部分和传动部分的非线性动力学模型和方程,采用林滋泰德-庞加莱法推导了弱非线性自由振动和接近共振时受迫振动的非线性近似解,采用摄动法推导了远离共振时受迫振动的非线性近似解。给出了系统的幅频特性、位移响应及其参数影响。研究发现:压电非线性效应和啮合齿数变化引起的非线性对耦合系统的影响显著,活齿啮合齿数对非线性的影响较大。研究了系统参数对机电集成压电谐波传动系统混沌振动的影响,给出了参数变化时系统混沌振动的分岔图,当分岔参数取恒定值时,通过时域图、相图、庞加莱映射图和功率谱图判断了混沌运动的发生情况,揭示了混沌振动产生的条件。设计并研制了机电集成压电谐波传动系统的样机,利用测试系统测得在电压峰峰值为150V时,样机的最大转矩为0.383Nm;利用锤击振动测试系统对样机的固有频率进行测试,试验结果与理论分析最大误差为12.47%,验证了理论分析的正确性。