低频旋转压电驱动器是一种集压电驱动、谐波传动于一体的微型驱动系统,具有结构简单、响应速度快、制造成本低等优点。在微型机器人、生物医学工程、精密定位等领域具有广泛的应用前景。本文分析了压电驱动器的驱动原理,该驱动器由带正偏置的低频正弦信号来驱动。由位移放大机构和谐波杆构成的两级放大机构产生谐波运动,通过转子与谐波发生器之间的摩擦传递旋转运动。应用压电应变理论,推导了位移放大机构和谐波发生器的输出位移和输出力方程,得出了驱动电压等因素对谐波发生器输出转矩和输出力的影响规律;给出了谐波力与平均输出转矩随着驱动电压和驱动频率的变化关系,分析了驱动器在不同位置、不同驱动电压和不同驱动频率下的输出特性。研究发现:当驱动电压大于90V,压电叠堆产生的位移可以驱动压电驱动器正常工作。在150V的驱动电压下,压电驱动器的最大总谐波位移达到427.6μm。通过对提出的低频压电旋转驱动器进行结构简化,建立了其机电耦合动力学模型,利用构件间的连续条件和边界条件,给出了压电叠堆和位移放大机构的模态函数和振型。求解了系统的耦合固有频率,揭示了系统参数对耦合固有频率的影响,讨论了不同模态下系统耦合对模态振型的影响规律。建立低频压电旋转驱动器的受迫响应模型和方程,对系统各构件的受迫振动特性进行分析,求解了系统各组成构件在一阶固有频率下受迫响应,分析了系统各构件参数变化对压电驱动器共振响应的影响。对低频压电旋转驱动器进行了加工制造,搭建了实验平台,对位移放大机构和谐波发生器进行了输出位移和输出力实验,并与理论分析进行比较。利用平均测量法对样机的转速和输出转矩进行测试,分析了输出转矩随驱动电压和驱动频率的变化关系,结果表明,当驱动电压为150V以及驱动频率为5Hz时,输出转矩为最大值3.1Hz。利用脉冲激振法对样机的固有频率进行了测试,结果显示一阶和二阶固有频率与理论值分别相差0.72%和3%,验证了理论模型的正确性。