随着生物医学工程、微电子加工、精密机械加工以及航空航天等领域的迅速发展,精密驱动技术成为了科研人员的研究热点之一。尺蠖式压电驱动器是一种新型的精密驱动器,属于压电驱动技术的重要研究方向,具有分辨力高、负载能力大、行程大等诸多优势,因此得到了国内外的广泛关注和研究。目前,传统的尺蠖式压电驱动器存在体积较大的不足,限制了其在一些要求结构紧凑、输出力大的应用场合中的使用。因此,基于尺蠖式压电驱动器的工作条件,提出了两种适合直线驱动的压电伸缩器构型方案,开展大行程纳米级直线压电伸缩器设计及实验研究。提出了一种多悬臂梁式压电伸缩器基本构型,通过驱动原理的详细分析确定了压电伸缩器致动信号的时序并完成了压电伸缩器的结构设计,建立了悬臂梁压电振子的有限元模型,对其进行了静力学分析和模态分析,确定了悬臂梁压电振子的结构参数。提出了一种三角放大箝位式压电伸缩器基本构型,从驱动原理出发规划了压电伸缩器致动信号的时序并完成了压电伸缩器的结构设计,建立了压电伸缩器的有限元模型,采用正交试验和仿真分析相结合的方法确定了压电伸缩器的主要结构参数,仿真确定了压电伸缩器的理论输出特性。通过对比两种构型方案的优缺点,选择了三角放大箝位式压电伸缩器为实验方案,加工装配伸缩器样机并搭建了测试平台,对压电伸缩器的输出特性进行了测试。实验结果表明:该压电伸缩器的外径为34mm,长度为42mm,质量为220g,在工作频率为40Hz时可以达到最大平均速度,为155.5μm/s;工作行程受到推杆长度尺寸的限制,当采用长度为85mm的推杆时伸缩器的工作行程为43mm;伸缩器的最小步距可以达到241nm,最大输出力为12.25N。