在现代机械领域,大多数精密仪器中的驱动元件均有结构紧凑性的要求,因此元件的微型化就成为了重点研究方向。在众多的驱动器类型中,压电陶瓷驱动器因具有尺寸小、频响快、位移分辨率高、能耗低等突出的优势而备受关注。本文介绍的柱状结构分支电极压电驱动器是一种新型的压电元件,根据表面电极形状可以分为柱状结构全电极压电驱动器（CBEPA）和柱状结构半电极压电驱动器（HCBEPA）。两者都是建立在压电材料的逆压电效应理论基础之上,使用了较大的压电常数d₃₃或e₃₃,所以与传统型电极压电驱动器相比,柱状结构分支电极压电驱动器在轴向上的应变和应力可以提高很多。为了优化设计,面向工程应用,本文对CBEPA和HCBEPA的静动态驱动特性进行了较系统的研究。设计了CBEPA和HCBEPA压电驱动器,依据压电本构方程,建立输出力和输出位移理论模型。通过有限元法对压电元件进行电学和力学分析,以确定其极化电压和静力学性能,并与普通形电极压电元件进行了比对。结果表明,柱状结构分支压电元件的极化电压为普通形电极压电元件的1/2,实现了低电压下极化;压电元件利用d₃₃模态激发出较高的轴向机电耦合效率,轴向应力能达到传统型的2.5倍,轴向应变可以达到传统型的1.5倍。实现压电驱动器的大行程、大推力的输出特性。研究压电陶瓷材料的组分特性对压电元件轴向驱动性能的影响,进行组分选材的设计改良压电元件的性能。并基于振动理论,建立悬臂杆结构CBEPA和HCBEPA的电路状态方程和机械振动方程,利用有限元软件分析了CBEPA和HCBEPA三种振动模式及其共振特性随尺寸参数的变化关系。并对其进行谐响应分析和瞬态分析,获得频域和时域响应曲线和选取节点的运动轨迹图,从而获得了较为全面的驱动特性。仿真结果表明,CBEPA轴向振动模态的特征频率为34.4kHz,且压电振子在轴向谐振时,最大振幅约为24.8μm;在谐振频率为9380Hz处,HCBEPA压电振子的一阶弯曲振动得到激发且振幅最大,x轴、z轴方向振幅分别为3μm和1.7μm,在31.59kHz处,二阶弯曲振动的振幅达到极值,x、z向的振幅为5.6μm和3.8μm。本文的研究工作对于柱状结构分支电极压电驱动器的设计、制造与测试具有重要意义。