ARDUINO配套SG90微型舵机结构设计

　　做小型开源硬件项目快十年，经手的微型舵机没有一百也有八十，SG90这款可以说是入门级项目里绕不开的执行部件，这次还原的结构完全按照实物测绘的尺寸来做，连出线的排线弯折角度、壳体上的安装耳定位都和市售量产件保持一致，方便做整机装配的时候直接调用，不用反复核对安装干涉。

　　先从实际应用场景说，这款舵机的使用边界其实比很多新手想象的宽，不光是学生做ARDUINO入门实验的时候用来摆个指针、转个云台，很多量产的小型智能设备里也能看到它的身影——比如桌面级小型摄像头的俯仰转向结构、迷你智能小车的舵机转向桥、航模里的小型副翼控制、甚至很多桌面创意摆件的动态结构驱动，用的都是这款舵机，核心原因就是它的体积够小，驱动力矩刚好覆盖这类轻载场景，控制逻辑简单，不需要复杂的驱动电路，普通单片机IO口输出PWM信号就能直接驱动。

　　从功能特性上拆解，这款舵机属于位置式伺服执行器，内部是直流微型电机搭配减速齿轮组，输出轴的角度位置通过电位器反馈，控制端给对应占空比的PWM信号，就能让输出轴稳定停在0-180度区间内的任意角度，不像普通直流电机只能连续旋转，它的位置保持力矩足够应对轻载的定位需求，只要负载不超过额定值，不会出现丢步、位置偏移的问题。很多新手用的时候容易踩的坑是忽略输出轴的虚位，其实量产的SG90因为齿轮组是塑料材质，配合间隙本身就存在，建模的时候我特意把齿轮的配合公差按照实物的实际间隙做了预留，要是做结构的时候把连接舵盘的配合做的过紧，实际装配的时候就会出现卡滞、转动不畅的问题。

　　设计思路上，整个模型完全按照逆向测绘的尺寸搭建，外壳的上下盖扣合结构、侧面的两个安装固定耳的孔位间距、输出轴的伸出长度、舵盘的安装花键尺寸，全部和实物保持1:1对应。壳体部分做了透明化的结构展示，能清晰看到内部的电机安装位、减速齿轮组的排布、电位器的固定位置，还有尾部出线的走线槽结构，不管是用来做结构教学演示，还是做整机装配的干涉检查，都能直接用。这里要特意说安装边界的问题，这款舵机的主体外形是近似立方体的结构，安装耳上的两个固定孔是通孔，中心距刚好是标准的23mm，输出轴的中心距离安装基准面的高度是13mm，出线是从尾部侧面引出，排线长度一般在100mm左右，做结构布局的时候一定要在尾部预留至少15mm的走线空间，避免排线被壳体压住导致线皮破损。另外输出轴的转动范围是左右各90度，做周边结构设计的时候，要给连接的舵机摇臂预留足够的摆动空间，不能在0度和180度的极限位置设置结构挡边，不然会堵转烧电机。

　　很多人做这类小型舵机的模型的时候，容易忽略壳体上的工艺细节，比如上下盖的超声焊线位置、输出轴处的轴套凸台、安装耳的加强筋结构，这些细节虽然不影响整体外观，但在做有限元受力分析、或者做结构装配仿真的时候，这些细节会直接影响仿真结果的准确性。比如安装耳的位置如果没有做加强筋，螺丝锁紧的时候很容易出现壳体开裂的问题，实际量产件上的加强筋厚度是0.8mm，建模的时候我完全按照这个尺寸还原，包括壳体的壁厚也是均匀的1.2mm，和实际注塑件的壁厚保持一致，要是做二次改型设计，比如把塑料壳换成3D打印的定制壳体，直接在这个模型基础上修改壁厚和安装位就行，不用重新从零开始测绘。

　　还有内部的减速齿轮组，一共是四级减速，全部是直齿圆柱齿轮，模数是0.3，建模的时候把每个齿轮的齿数、齿形都按照实际传动比做了配合，总减速比大概是260:1，这也是为什么这么小的电机能输出足够的力矩带动摇臂。很多新手在自己建模的时候容易把齿轮的传动比算错，导致模型里的齿轮转不动，或者传动间隙不对，这次的模型里齿轮组的配合间隙按照实际的装配公差设置，转动的时候不会出现干涉，也不会有过大的虚位，用来做传动原理演示也完全够用。

　　实际选型的时候要注意，这款舵机的额定工作电压是4.8V，不要直接接6V以上的电源，不然很容易烧内部的驱动板，模型里我也把内部驱动电路板的安装位置做了还原，就在电机旁边的腔体内，尺寸是10mm*8mm的小型PCB，做结构设计的时候不要在这个位置设置凸台或者筋位，避免顶住电路板导致装配不到位。另外舵机的输出花键是21齿的标准规格，市面上通用的SG90金属舵盘、塑料摇臂都能直接适配，建模的时候花键的齿形和尺寸完全按照标准做，装配标准舵盘的时候不需要额外调整尺寸。