压电超声马达是国内外近年来迅速发展起来的一种新型固态马达，它是一种借助摩擦传递弹性超声波振动以获得动力的驱动机构，通常由形成超声振动的换能器(定子)及与换能器相连的转子组成。定子产生超声振动，转子依靠定转子间的摩擦耦合传递定子的振动，并将这种振动转换成连续的旋转或直线位移。这种马达的新颖之处在于突破了传统电磁马达的概念，没有磁极绕组和磁路，不是依靠电磁相互作用来传递能量，而是利用压电材料的逆压电效应所产生的超声振动，通过采用合理的结构，将材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动，在这种全新结构的马达中，作为定子的超声换能器(压电陶瓷和弹性体)代替了传统电磁马达电磁线圈。与传统的电磁马达相比，压电超声马达除了具有结构简单，重量轻的优点，还具有响应快、控制性能好、不受磁场影响的特点。其本身也不产生磁场、运动准确、成本低。特别是它具有重量轻、结构简单、效率高、噪声小、低速大扭矩以及直接驱动负载等特性。而且它不需要附加齿轮变速，避免了引用齿轮变速箱而产生的振动、冲击、噪声、低效率、难以控制等一系列问题。因此，可以说压电超声马达传动是一种新颖的传动形式，它的出现是对延续数百年来的杠杆和涡轮系统占统治地位的传统机械传动的突破和有力补充。 超声马达是一个典型的机电一体化产品，它涉及到物理学、振动力学、摩擦学、接触力学、波动理论、功能材料、制造工艺电子科学、计算科学和实验技术等，是一项跨学科的高新技术，还有许多理论问题尚未搞清楚，其与电磁马达相比，设计经验不足，尚未建立系统的设计理论和设计方法。 纵扭复合超声马达具有可控性好，输出功率高、转矩大、正发转特性一致、低速稳定性好等特性而受到业内人士的重视。本文重点是以纵扭复合超声马达为研究对象，在前人工作的基础上，对纵扭复合超声马达的驱动机理、摩擦耦合、数学建模，换能器设计及谐振频率等几个方面进行了系统的研究，主要工作如下： 1．从理论上系统地分析了马达定子表面椭圆运动及摩擦驱动的机理，通过建立定子表面粒子椭圆运动的数学模型，得出了超声振动和摩擦耦合产生定子表面椭圆运动是马达驱动的前提条件，而相位差φ，振幅A_T、A_L决定着椭圆运动的形杰及转子的接触位置，它们直接决定超声马达的承载能力与效率。因而控制合适的相位差尹，振幅AT、AL是非常重要的。 2.分析了预压力、纵扭振子输出压电应力的协同作用机理以及摩擦材料对马达性能的影响，提出了摩擦副的选用标准。 3.在深入分析超声马达定转子接触面二维弹性接触模型、等效电路模型的基础上，根据超声马达定、转子间理想的线性接触提出了更符合超声实际工作情况的刚性定子和柔性转子面接触的假设，建立超声马达的界面模型。同时用等效电路的原则，求出了马达的等效电路模型。。 4.利用所建立的马达模型，分析了纵扭复合换能器在单独激发情况下纵振动和扭转振动的共振频率方程，并在此基础上研究了纵扭复合换能器的频率兼并。通过对几种换能器设计方法的对比，确定了设计纵扭复合换能器的方式，得到了纵扭复合换能器和纵扭复合超声马达的具体结构，得出一套设计纵扭复合超声马达的理论计算方法。并用数值分析的方法，定性地分析了在加负载(转子)的情况下，其对超声马达共振频率的影响，并得出了钢结构的定子比铝结构的定子在加载的情况下，其扭转共振频率更加稳定的结论。 5.通过对超声马达的负载、激励电压以及预压力对其谐振频率影响的实验研究，得出了纵扭复合型超声马达的负载、激励电压以及预压力与其共振频率的变化关系，理论和实验符合得较好。 综上所述，利用超声马达的面接触模型、等效电路模型等以及共振频率方程，可以得到纵扭复合超声马达设计方法。利用这种方法，可以设计各种类型的纵扭复合型超声马达。本文对纵扭复合型超声马达的试制、调试、制作，驱动电源的设计，控制方法的选择，超声马达产业化的实现均有重要的理论意义和实际意义。