本文主要詳解航模舵機(jī),首先介紹了航模舵機(jī)工作原理,其次介紹了航模舵機(jī)的裝配及測試,最后闡述了影響影響航模舵機(jī)性能的因素分析,具體的跟隨小編來詳細(xì)的了解一下。
一、航模舵機(jī)工作原理
航模舵機(jī)主要由位置檢測器、控制電路板、空心杯電機(jī)(DC Coreless Motor)、減速齒輪組與舵盤所組成。其組成原理椎圖如圖1所示。
控制電路板是航模舵機(jī)的心臟,它負(fù)責(zé)接收和發(fā)出信號,控制整個舵機(jī)的運(yùn)作??招谋姍C(jī)(空心杯電樞直流永磁伺服電動機(jī))由細(xì)銅線繞成極薄的中空圓柱體,以形成重量極輕的無鐵芯中空轉(zhuǎn)子,然后將永磁體置于圓柱體內(nèi)。其重量、體積比普通鐵芯電機(jī)少1/3-1/2。航模舵機(jī)齒輪可以是塑膠齒輪或金屬齒輪,其中金屬齒輪不會因負(fù)載過大而崩齒。位置檢測器通常采用同軸電位器。舵盤一般安裝于航模舵機(jī)的輸出軸上,是聯(lián)接航模舵機(jī)與模型飛機(jī)連桿的部件,可將動力從航模舵機(jī)輸出軸傳給飛機(jī)模型。
航模舵機(jī)的工作原理如圖2所示。圖中,當(dāng)接收機(jī)天線收到PWM控制信號后,經(jīng)接收通道進(jìn)人信號解碼電路解調(diào),可獲得一個直流偏置電壓U,,同時,與舵機(jī)的輸出軸相連的位置反饋電位器也將另一個位置電壓U反饋到控制電路。控制電路將U,與Uj進(jìn)行比較,再將得到的電慶差送人電機(jī)驅(qū)動電路來驅(qū)動空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)動,直到電壓差趨于零, 空心杯電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。此時位置偏差趨于零,舵盤達(dá)到預(yù)期位置。
二、航模舵機(jī)的裝配
航模舵機(jī)的裝配步驟是先將電機(jī)齒輪裝到電機(jī)軸上,并確保電機(jī)齒輪與電機(jī)上端面留有少許間隙,再將電機(jī)和電位器裝人中殼,同時將電路板置于中殼上,使電位器與電機(jī)的焊腳插入電路板對應(yīng)的孔內(nèi),并將其焊接于電路板上,然后再按照順序裝人齒輪,圖3所示是其安裝圖。裝好后,再打上齒輪油,并注意各齒間嚙合良好,軸要垂直中殼,齒輪油要均勻。最后將上殼置于中殼上并壓緊,然后調(diào)整好三條導(dǎo)線位置,并加上底殼,打好螺釘。
三、航模舵機(jī)的測試
航模舵機(jī)的測試項目包括角度(%)、 扭力(N.m)、噪音(dBA)、速度(s/60%)、 外形尺寸(mm)、測試電壓(V)和重最(kg) 等。其中速度的單位是sec/60^,表示航模舵機(jī)位置檢測器轉(zhuǎn)動609所需要的時間。
1、角度測試
航模舵機(jī)控制信號是周期為20 ms的脈寬調(diào)制(PWM)信號,輸人信號脈沖寬度為0.5~2.5ms, 相對應(yīng)的舵盤位置為0*~180*,吳線性變化。圖4所示是舵機(jī)輸出角與輸人信號脈沖寬度的關(guān)系。由于航模舵機(jī)具有對應(yīng)性和保持性,故當(dāng)給其提供一定的脈寬時,其輸出軸就會保持在一個相應(yīng)的角度,上。
最大輸出角度為輸入0.5~2.5 ms脈沖時航模舵機(jī)轉(zhuǎn)過的角度(大約為180)。當(dāng)脈寬為0.5 ms時, 指針對準(zhǔn)起始值零刻度。當(dāng)航模舵機(jī)輸入1.5ms的脈沖時,輸出角為90*。
2、扭力測試
扭力測試是在特定電源電壓下,采用專用扭力測試夾具,用伺服控制器控制航模舵機(jī),即在不打滑、不崩牙的情況下,測試其所能承受的最大扭力。
3、噪音測試
在環(huán)境噪音小于35 dBA的情況下,在特定電源電壓下,將航模舵機(jī)接好電源線,放人噪音箱內(nèi)并與噪音箱內(nèi)的噪音計相距100 mm。再用伺服控制器控制航模舵機(jī),記錄測試數(shù)據(jù)峰值。
4、速度測試
將航模舵機(jī)周定于速度測試儀上,并將測試儀放人暗箱中,冉把帶有指針的舵盤固定于其輸出軸上,然后在特定電源電壓下,用伺服控制器控制航模舵機(jī),使指針從轉(zhuǎn)角的一個極限位轉(zhuǎn)向另一個極限位,觀測測試儀顯示屏顯示的轉(zhuǎn)速,并記錄最大值。
四、影響航模舵機(jī)性能的因素分析
從航模舵機(jī)的組成看,影響其特性的主要因素是控制電路板、位置檢測器、空心杯電機(jī)和齒輪組的裝配,它們的匹配對其整體性能有決定性的影響。
控制電路板是整個航模舵機(jī)的關(guān)鍵部分,對其特性的影響較明顯。航模舵機(jī)性能要保證在額定負(fù)載下,控制環(huán)路應(yīng)有較小超調(diào)(穩(wěn)態(tài)誤差小于5%)。圖5所示是10個不同航模舵機(jī)在相同條件下,分別配用兩種不同型號電路板的力矩測試結(jié)果。由圖5可知,控制電路板1的力矩均小于控制電路板2的力矩,這說明電路板2的整體性能比電路板1的整體性能要好??刂齐娐钒宀粌H對力矩有影響,對其他特性也有影響,表1所列是電路板上不同電阻值對角度的影響。事實上,將電路板上同一個阻值為1.5kQ的電阻分別改為不同的電阻值2600和1kQ時,所對應(yīng)的角度脈寬值就會隨之變化,這說明電路板的改變對航模舵機(jī)的角度有一定的影響。
牙箱(此處的牙箱包括位置檢測器、空心杯電機(jī)和齒輪組)各部件對航模舵機(jī)性能的影響也比較明顯。空心杯電機(jī)對其扭力、速度、噪音都有一定的影響,空心杯電機(jī)會對電路板輸人端電流產(chǎn)生一定的干擾, 千擾的程度取決于空心杯電機(jī)的質(zhì)量。位置檢測器會影響航模舵機(jī)所能達(dá)到的最大角度,航模舵機(jī)的靈敏度由位置檢測器的空載扭轉(zhuǎn)力矩決定, 位置檢測器的壽命必然會影響到航模舵機(jī)的壽命。齒輪傳動比將影響航模舵機(jī)的傳出速度和扭力大小。齒輪的中心距、零件的精度、材料的選擇都對其壽命、噪音有很大影響。位置檢測器、空心杯電機(jī)和齒輪組組裝后的相互作用對航模舵機(jī)的特性也有影響。表2所列是同一電路板配同型號但不同牙箱的各項指標(biāo)測試結(jié)果,其中舵機(jī)1、2、3為一廠家同型號的三款不同牙箱,舵機(jī)4、5、6為另一廠家同型號的三款不同牙箱,該六款牙箱均配用同一塊控制電路板,數(shù)據(jù)表明,同一廠家的牙箱性能差距不大。而不同廠家的牙箱對舵機(jī)性能的影響較為明顯。說明相同型號的部件組合后,舵機(jī)的綜合性能稍有差異,而不同型號的部件組合后,舵機(jī)的綜合特性差異很大。
裝配時作業(yè)方式的差異直接導(dǎo)致航模舵機(jī)特性的不同。如裝配時齒輪未完全嚙合,或軸被裝歪,扭力就可能達(dá)不到要求,容易打齒,且會出現(xiàn)較大噪音。如果未打牙油或者底蓋沒安裝到位,也會出現(xiàn)噪音大、壽命短的問題。
對航模舵機(jī)進(jìn)行綜合測試、全面評價各項性能指標(biāo),是保證其質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。如測試不按測試標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行而違規(guī)操作,那么,當(dāng)該部件被安裝于成品機(jī)上時,就很可能直接導(dǎo)致其性能下降甚至變?yōu)閺U品。
電壓也會直接影響航模舵機(jī)的性能。一般在5.0 V電源電壓下的扭力要小于6.0 V電源電壓下的扭力,而在5.0 V電源電壓下的速度卻大于6.0V電源電壓下的速度。事實上, 速度快、扭力大的舵機(jī),除了需要較高的電源電壓外,還必須搭配高質(zhì)量的空心杯電機(jī)、齒輪組、控制電路板和反應(yīng)靈敏的位置檢測控制器,同時要配有高品質(zhì)、高容量的電源電池。
五、結(jié)束語
控制電路板、位置檢測器、空心杯電機(jī)和齒輪組的性能是影響航模舵機(jī)整體性能的主要因素。要得到性能良好的舵機(jī),除了確保各零部件合理的設(shè)計和優(yōu)良的特性以外,還要嚴(yán)格控制裝配工藝,確保各部件的匹配,這樣才能保證舵機(jī)性能的正常穩(wěn)定。
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