航模舵机工作原理_航模舵机的装配及测试

本文主要详解航模舵机，首先介绍了航模舵机工作原理，其次介绍了航模舵机的装配及测试，最后阐述了影响影响航模舵机性能的因素分析，具体的跟随小编来详细的了解一下。

一、航模舵机工作原理

航模舵机主要由位置检测器、控制电路板、空心杯电机（DC Coreless Motor）、减速齿轮组与舵盘所组成。其组成原理椎图如图1所示。

控制电路板是航模舵机的心脏，它负责接收和发出信号，控制整个舵机的运作。空心杯电机（空心杯电枢直流永磁伺服电动机）由细铜线绕成极薄的中空圆柱体，以形成重量极轻的无铁芯中空转子，然后将永磁体置于圆柱体内。其重量、体积比普通铁芯电机少1/3-1/2。航模舵机齿轮可以是塑胶齿轮或金属齿轮，其中金属齿轮不会因负载过大而崩齿。位置检测器通常采用同轴电位器。舵盘一般安装于航模舵机的输出轴上，是联接航模舵机与模型飞机连杆的部件，可将动力从航模舵机输出轴传给飞机模型。

航模舵机的工作原理如图2所示。图中，当接收机天线收到PWM控制信号后，经接收通道进人信号解码电路解调，可获得一个直流偏置电压U，，同时，与舵机的输出轴相连的位置反馈电位器也将另一个位置电压U反馈到控制电路。控制电路将U，与Uj进行比较，再将得到的电庆差送人电机驱动电路来驱动空心杯电机转动，直到电压差趋于零， 空心杯电机停止转动。此时位置偏差趋于零，舵盘达到预期位置。

二、航模舵机的装配

航模舵机的装配步骤是先将电机齿轮装到电机轴上，并确保电机齿轮与电机上端面留有少许间隙，再将电机和电位器装人中壳，同时将电路板置于中壳上，使电位器与电机的焊脚插入电路板对应的孔内，并将其焊接于电路板上，然后再按照顺序装人齿轮，图3所示是其安装图。装好后，再打上齿轮油，并注意各齿间啮合良好，轴要垂直中壳，齿轮油要均匀。最后将上壳置于中壳上并压紧，然后调整好三条导线位置，并加上底壳，打好螺钉。

三、航模舵机的测试

航模舵机的测试项目包括角度（%）、 扭力（N.m）、噪音（dBA）、速度（s/60%）、 外形尺寸（mm）、测试电压（V）和重最（kg） 等。其中速度的单位是sec/60^，表示航模舵机位置检测器转动609所需要的时间。

1、角度测试

航模舵机控制信号是周期为20 ms的脉宽调制（PWM）信号，输人信号脉冲宽度为0.5~2.5ms， 相对应的舵盘位置为0*~180*，吴线性变化。图4所示是舵机输出角与输人信号脉冲宽度的关系。由于航模舵机具有对应性和保持性，故当给其提供一定的脉宽时，其输出轴就会保持在一个相应的角度，上。

最大输出角度为输入0.5~2.5 ms脉冲时航模舵机转过的角度（大约为180）。当脉宽为0.5 ms时， 指针对准起始值零刻度。当航模舵机输入1.5ms的脉冲时，输出角为90*。

2、扭力测试

扭力测试是在特定电源电压下，采用专用扭力测试夹具，用伺服控制器控制航模舵机，即在不打滑、不崩牙的情况下，测试其所能承受的最大扭力。

3、噪音测试

在环境噪音小于35 dBA的情况下，在特定电源电压下，将航模舵机接好电源线，放人噪音箱内并与噪音箱内的噪音计相距100 mm。再用伺服控制器控制航模舵机，记录测试数据峰值。

4、速度测试

将航模舵机周定于速度测试仪上，并将测试仪放人暗箱中，冉把带有指针的舵盘固定于其输出轴上，然后在特定电源电压下，用伺服控制器控制航模舵机，使指针从转角的一个极限位转向另一个极限位，观测测试仪显示屏显示的转速，并记录最大值。

四、影响航模舵机性能的因素分析

从航模舵机的组成看，影响其特性的主要因素是控制电路板、位置检测器、空心杯电机和齿轮组的装配，它们的匹配对其整体性能有决定性的影响。

控制电路板是整个航模舵机的关键部分，对其特性的影响较明显。航模舵机性能要保证在额定负载下，控制环路应有较小超调（稳态误差小于5%）。图5所示是10个不同航模舵机在相同条件下，分别配用两种不同型号电路板的力矩测试结果。由图5可知，控制电路板1的力矩均小于控制电路板2的力矩，这说明电路板2的整体性能比电路板1的整体性能要好。控制电路板不仅对力矩有影响，对其他特性也有影响，表1所列是电路板上不同电阻值对角度的影响。事实上，将电路板上同一个阻值为1.5kQ的电阻分别改为不同的电阻值2600和1kQ时，所对应的角度脉宽值就会随之变化，这说明电路板的改变对航模舵机的角度有一定的影响。

牙箱（此处的牙箱包括位置检测器、空心杯电机和齿轮组）各部件对航模舵机性能的影响也比较明显。空心杯电机对其扭力、速度、噪音都有一定的影响，空心杯电机会对电路板输人端电流产生一定的干扰， 千扰的程度取决于空心杯电机的质量。位置检测器会影响航模舵机所能达到的最大角度，航模舵机的灵敏度由位置检测器的空载扭转力矩决定， 位置检测器的寿命必然会影响到航模舵机的寿命。齿轮传动比将影响航模舵机的传出速度和扭力大小。齿轮的中心距、零件的精度、材料的选择都对其寿命、噪音有很大影响。位置检测器、空心杯电机和齿轮组组装后的相互作用对航模舵机的特性也有影响。表2所列是同一电路板配同型号但不同牙箱的各项指标测试结果，其中舵机1、2、3为一厂家同型号的三款不同牙箱，舵机4、5、6为另一厂家同型号的三款不同牙箱，该六款牙箱均配用同一块控制电路板，数据表明，同一厂家的牙箱性能差距不大。而不同厂家的牙箱对舵机性能的影响较为明显。说明相同型号的部件组合后，舵机的综合性能稍有差异，而不同型号的部件组合后，舵机的综合特性差异很大。

装配时作业方式的差异直接导致航模舵机特性的不同。如装配时齿轮未完全啮合，或轴被装歪，扭力就可能达不到要求，容易打齿，且会出现较大噪音。如果未打牙油或者底盖没安装到位，也会出现噪音大、寿命短的问题。

对航模舵机进行综合测试、全面评价各项性能指标，是保证其质量的重要环节。如测试不按测试标准执行而违规操作，那么，当该部件被安装于成品机上时，就很可能直接导致其性能下降甚至变为废品。

电压也会直接影响航模舵机的性能。一般在5.0 V电源电压下的扭力要小于6.0 V电源电压下的扭力，而在5.0 V电源电压下的速度却大于6.0V电源电压下的速度。事实上， 速度快、扭力大的舵机，除了需要较高的电源电压外，还必须搭配高质量的空心杯电机、齿轮组、控制电路板和反应灵敏的位置检测控制器，同时要配有高品质、高容量的电源电池。

五、结束语

控制电路板、位置检测器、空心杯电机和齿轮组的性能是影响航模舵机整体性能的主要因素。要得到性能良好的舵机，除了确保各零部件合理的设计和优良的特性以外，还要严格控制装配工艺，确保各部件的匹配，这样才能保证舵机性能的正常稳定。