高速与超高速旋转机械的开发应用对轴承的性能提出了越来越高的要求。为最大限度地减小摩擦阻力矩,轴承系统的润滑方式也逐步由固体、半固体润滑向具有良好减摩性的液体和气体润滑方向发展。高精度、非接触、低摩擦等新型轴承的开发与利用成为轴承研究领域所面临的新课题。在功率超声范畴内,当声源以超声频率振动时,声源表面会形成较强的声场和辐射压力,这种声辐射压可以平衡物体的重力,具有承载特性,从而使声源表面与物体之间被空气膜隔开,形成超声波悬浮,超声波轴承便是在此基础上开展研究的。超声波悬浮轴承的提出,开创了轴承研究领域一个新的方向,也使得压电驱动技术的发展与应用得以丰富。超声波轴承与传统的磁悬浮以及气体静、动压悬浮轴承相比,在悬浮支撑的实现方式上是完全不同的,目前,对这一新型非接触悬浮轴承的开发仍处于基础研究阶段,对其悬浮支撑技术的研究十分必要。结合国家自然科学基金“飞轮储能系统高速轴系的超声波悬浮支撑技术研究”,以夹心式压电换能器为基础,本文对超声波振动下的声悬浮技术进行了比较全面、系统的研究。夹心式压电换能器是构造超声波轴承系统的关键部件,也是悬浮支撑技术研究的重点。夹心式压电换能器在功率超声领域里技术成熟、应用广泛,这为声悬浮技术的研究奠定了良好的基础。在本文的研究过程中,理论探讨与实验分析相结合,对构造超声波悬浮轴承用的夹心式压电换能器进行了较为深入的研究。本文对基于夹心式压电换能器的超声波近场声悬浮的相关理论问题进行了分析探讨；设计开发了振动输出端分别为平面型、圆锥面型以及凹柱面型等结构形式的夹心式压电换能器；分析了夹心式压电换能器的振动模态、谐振频率、端面振幅以及阻抗匹配等,获得了换能器的基本性能参数并优化了换能器的结构;创建了换能器的数学模型,分析了这些具有特殊结构的换能器的声悬浮特性；在此基础上,完成了包括推力轴承、凹柱面径向支撑轴承以及双向角支撑轴承等多种结构形式的超声波悬浮支撑系统的设计与制作；实验研究了超声波悬浮支撑系统的承载能力、动摩擦力矩、极限转速、悬浮支撑状态以及影响悬浮轴承工作性能的因素等。论文通过大量的实验研究验证了换能器和悬浮支撑系统结构的合理性及其可行性。本文的研究表明,振动输出端为平面、圆锥面以及凹柱面等结构形式的夹心式压电换能器处于纵向超声振动状态时,均可形成对外载荷的悬浮支撑,其支撑能力决定于换能器的振动模态、振动频率以及输入功率等；基于这三种夹心式压电换能器所构造的超声波悬浮支撑系统能够实现轴系的正常运转,并且具有较高的转速和良好的减摩性能,悬浮支撑的超声波轴承系统具有可应用性。超声波悬浮支撑技术的研究拓展了压电超声学在机械领域中的应用,研究工作具有创新性,也具有一定的探索性。本文的研究工作是超声波轴承研究的一个必经阶段和重要组成部分,这些工作的开展与进行,旨在为今后对这一技术的深入研究奠定良好的基础并提供有价值的参考。