精准安装3D像真模型飞机的舵机

ltyitiaoyu

前言
       随着国民生活水平的提高，模型的价格更加的亲民，有越来越多的模友加入到了航模这项运动中来，模型飞行已不再那么神秘。然而很多刚接触航空模型的模友在入门的第一关（模型的安装）就遇到了很多的困扰。如何安装一架飞机模型，如何安装舵机，如何安装电子设备等等问题每一个都要面对。本文意在用通俗易懂的语言，解决困扰模友的众多困难之一    精准安装3D像真模型飞机的舵机
       关于舵机的安装各大论坛，各模友群存在多种观点或者说是准则，比如：舵机臂与舵机（长边或短边）成90度；拉杆与舵机臂成7字形；舵角上安装拉杆的安装孔位于铰链缝隙处；等等，有的注重舵机的受力，有的注重发挥舵机的速度，有的注重飞行性能。各有各的道理，各有各的说法，有人认同，有人质疑。它不但困扰着刚入模的模友，也同样困扰着相当数量的老模友。那么到底如何安装舵机才是我们应当追求的呢？
      下面让我们一起来揭开舵机安装的面纱，将它掰开了，揉碎了，彻底的征服它！
为避免误会，以下直至全文结束的所有描述只针对3D像真模型飞机。其他机型只能作为参考，另外本文所述只适用于硬拉杆连接方式，软钢索、鱼线连接等不在本文讨论范围。

ltyitiaoyu

第一章 目的
            把舵机安装到航模上很简单，但安装好舵机却是一件不容易的事情。首先说说用本文方法安装舵机要追求的目的。重要程度以先后区分。
      1：摇杆中位对应各舵面零位。遥控器左右（或上下）最大偏转角度时杆量尽量相同。左右（或上下）的打杆量相同时，舵面偏转角度尽量相同，且角速度尽量相同。
      2：尽量减小各种间隙对舵面偏转角度的影响。
      3：发挥舵机的性能，同等受力情况下，尽量减小舵机的负荷。
     4：尽量美观。
       这里我们说一说第一点，纯属闲聊。明白的自然明白，不明白的希望你尽快明白。
看下图（网络图片请忽略数据）
图一


       其实第一点基本就是围绕这个选项在做，当你打开遥控，看到已经调试好的航模的这个选项，如果干净，整洁，顺眼。那么这机安装，调试应当是很不错的，至少不会太差。（可千万别跟我说这个选项你从来没动过）

ltyitiaoyu

第二章 常见的安装形式（图片来源于网络，只为表示舵机与翼面的想对位置，不能作为装机参考）
     1：副翼（常见的基本就是这种连接方式，只是不同机型，舵角与舵机的相对位置有些区别）
图二





2：方向
图三

前文已经提到，软钢索形式本文不讨论。
发现了吗？方向与副翼的安装形式其实是一样的，所以后文我们只说副翼舵机的安装




3：升降



图四


图五


      这个注意到了吗？舵机安装位置从高到底排列的，升降舵机的安装位置基本也就是这样三种，后文我们会对这三种情况进行详细的分析。
      好了，该铺垫的已经铺垫了，该提到的也提到了，啰嗦了那么长，有些模友已经忍不住要开喷了，且慢！我们马上进入正题。

ltyitiaoyu

第三章 认识平面四连杆机构。
       我们先从最简单的升降舵机的安装开始，为什么说它简单呢？细心的模友可能已经注意到了，因为升降舵机工作时，它的所有动作是在一个平面内完成的。而副翼舵机的动作是在一个立体空间完成的。我们当然要从简单的开始。
      看下图，这是升降舵机第一种安装形式（见上面升降舵机安装形式）在零位时的工作示意图。
图六




我们把它简化一下，见下图。
图七



        嗯，不折不扣的平面四连杆机构。当然平面四连杆机构有很多种，比如：曲柄摇杆机构，双曲柄机构等等。由于舵机的摇杆属性，在这里我们把这样的机构就认为是双摇杆机构，这样有利于下文的描述。
       A点是舵机摇臂与拉杆连接的螺丝孔中心
       B点是舵机的回转中心。
       C点是升降舵铰链回转中心。
       D点是升降舵角与拉杆连接的螺丝孔中心。
      BA是舵机的回转中心到舵机摇臂与拉杆连接的螺丝孔中心的长度，以后我们叫它舵机 臂。
      AD是拉杆的长度。
      BC是机体。
      CD是升降舵铰链回转中心到升降舵角与拉杆连接的螺丝孔中心的长度，以后叫它舵角臂。（要注意以下我们再说舵角臂的长度，可不是舵角上安装孔到舵面的距离，切记）
      AB垂直于BC，DC垂直于BC.
     舵机臂绕B点左右摇摆，通过拉杆AD，带动舵角臂CD绕C点做左右摇摆。非常容易理解的动作过程。
假设BC=110mm    BA=30mm    CD=25mm      为描述方便以下长度单位默认是毫米。   
下面我们让舵机臂向左右各转动50度，看看会发生什么。
图八


好嘛，舵机臂向右转动50度，舵角臂向右转动了66度，角度放大了。
          舵机臂向左转动50度，舵角臂向左转动了70度，角度放大得更多。
          角度放大也就算了，偏转角度还不一样了。也就是说角速度变了。
          my God  这完全不是我们想要的结果呀！
          模友们是否也是类似的装法，类似的结果呢？
          那么有没有能满足我们要求的装法呢？有！肯定有！那就是平面四连杆机构的特例---------平行四连杆机构
见下图：
图九



舵机臂长度=舵角臂长度
拉杆长度=舵机回转中心到升降铰链回转中心的长度。
也就是说对边相等！仅此而已，与各边角度无关。
现在假设：舵机臂BA的长度是30，那么舵角臂的长度CD也应当是30
          机体座BC的长度是110，那么拉杆AD的长度也应当是110
          舵机臂在零位时，舵机臂BA垂直于基座BC
          我们让它动起来，舵机臂BA绕B点左右各转动60度，看看会怎样呢？
见下图：
图十


     太完美了，舵角臂CD完全复制了舵机臂BA的运动轨迹，转角相同，角速度相同。
那么我们就得到了安装升降舵机的第一个法则，我们这里叫它《平行四边形大法》
并且根据《平行四边形大法》又引申出一些必要的装机条件。
     1：舵机臂的长度要与舵角臂的长度相等。
     2：拉杆长度要与机体座的长度相等。
         那么满足以上两条是不是就可以安装出我们要求的精度了呢？NO，还有一些需要注意或者说调整的地方。
见下图：机尾俯视示意图
图十一


        由于模型机体形状的原因，升降舵机安装到位后，其舵机臂的回转平面CD与机身中心轴线存在一定的角度（机身中心轴线是一个假想线，它不易观察与测量，为了方便，我们借用一下升降舵面铰链中心轴线这个概念，图中的FG，不计升降舵安定面的安装误差，机身中心轴线必垂直于升降舵面铰链中心轴线FG，所以也可以说成舵机臂的回转平面CD没有垂直于升降舵面铰链中心轴线），这就造成舵机实际工作时，四连杆机构不是在一个平面内，无法达到我们要求的精度。怎么办？这就需要我们调整一下舵机安装，在舵机的近尾端，舵机安装平台处(E点)加装垫片，直到舵机旋转平面CD垂直于升降舵面铰链中心轴线。
     没办法，这个只能这样做，原本这应当是模型厂家的活。但是目前来看还没有一个模型厂家把这活替我们干了，所以只能我们自己来。盼着吧，也许哪一天就有个模型厂家把这活干了，那是广大模友的福音，但愿，但愿。
        那么我们在上面2条装机条件的基础上，又要增加一点了。
    3：升降舵机臂的回转平面垂直于升降舵面铰链中心轴线。（俯视）
还没完，我们再来看图十一
       在俯视情况下，要想我们的四连杆机构在一个平面（或者说是一个等效平面）内工作，拉杆AB一定要垂直于升降舵面铰链中心轴线。但是由于舵机高度已定，舵角距机体中心轴线的距离已定，我们要做到拉杆AB垂直于升降舵面铰链中心轴线，就只剩下以下几种方法可以调整。
      ⑴在舵机安装座位置放垫片。
      ⑵调整拉杆球头在舵机臂左右安装。(俯视)
      ⑶调整拉杆球头在舵角臂左右安装。（如果是双舵角片，这条行不通）
      ⑷在拉杆球头与舵机臂之间加垫片。
      ⑸在拉杆球头与舵角臂之间加垫片。（如果是双舵角片，这条行不通）
        废了那么大的劲，我们只是为了保证（或尽量接近）拉杆AB垂直于升降舵面铰链中心轴线。好了，我们再加一条。
4：拉杆AB垂直于升降舵面铰链中心轴线。（俯视）
       终于告一段落了，运用以上四点，你一定可以装出可心的效果。
       细心的模友可能注意到了，用以上四点装升降舵机还是有一定难度的，原因就是第1点与第2点不好掌握，第一点还好说，舵机臂的长度要与舵角臂的长度相等，我们可以测量，即便不能做到相等也可以尽量靠近标准。但是第二点就基本没法测量了，那么怎么办呢？这就出现了一些变通的方法。
见图六
       对于舵机臂回转中心在升降舵面水平中心延长线上的情况，且机体上舵机孔位大小合适，舵机长边平行于升降舵面水平中心延长线，并且舵角臂连接孔的投影落在升降舵面铰链中心轴上。第2点可以说成：零位时，舵机臂垂直于舵机长边，舵角臂与舵机臂平行。这样是不是就好操作一些了呢。
       这里出现了“舵机臂垂直于舵机长边”，是不是很熟悉？但请记住这是有前提条件的，不是什么情况下都要用“舵机臂垂直于舵机长边”。
      另外，没有一句话提到“舵机臂与拉杆成7字形”，因为这也是有前提条件的，在升降舵机的安装中这句话不适用，什么时候用呢？后文中副翼舵机的安装会提到。
看一下下图：
图十二

      舵机装歪是否有过呢？舵角臂连接孔投影不在铰链中心上是否经常遇到呢？
      好了我们来小结一下升降舵机的安装：
1：舵机臂的长度与舵角臂的长度相等。
2：拉杆长度与机体座的长度相等。（或者说舵机臂与舵角臂平行，这样好操作）
3：升降舵机臂的回转平面垂直于升降舵面铰链中心轴线。（俯视）
4：拉杆垂直于升降舵面铰链中心轴线。（俯视）
       舵机臂长度选择是不是有依据了？不会再为选择什么长度的舵机臂发愁了吧？
       因为我们用的舵机可以偏转60度，那么只要舵机臂的长度与舵角臂的长度相等，升降舵面的偏转角度就可以达到60度，对于升降舵面来说应当够用了吧？另外如果你的舵角臂有几个孔，记住选择最外面的那个用，这样对于消除各种间隙对偏转角度的影响很有帮助。
       说一说图五吧，倒回上面去看看，记得看完要回来哦。
       对于图五这样的安装方式，真的提不起兴趣来分析它。建议即将采用这种安装方式，或者已经采用这种安装方式的模友，睡醒后或者酒醒后去摸摸升降安定面前面的蒙皮，一定会有惊喜的！老模友也有这样装的，哎！无语了，你别脸红。说的就是你。

ltyitiaoyu

第四章 副翼（方向）舵机的安装。
       说实话，写到这里不但您看烦了，我也早就写烦了。所以下面我们尽快结束，在能说明白的情况下，我尽量用简洁的语言，尽量少推导。
       对于副翼（方向）舵机的安装我们直接写结论
       1：舵机臂的长度与舵角臂的长度相等。（首先保证第4条、第5条的前提下，尽量靠近）
       2：零位时舵机臂平行于副翼铰链中心轴线。（机腹向上，俯视）
       3：舵角臂连接孔的投影落在副翼舵面铰链中心轴上
       4：最大舵量时（我们以60度为准），拉杆垂直于副翼铰链中心轴线。（俯视）
       5：最大舵量时（我们以60度为准），拉杆平行于通过副翼铰链中心轴线的副翼平剖面。（简单说就是在水平方向，把副翼从中间劈开）
      前三点没什么可说的，因为有升降舵机的安装基础，这三点很好理解。关键是第4点，第5点，也是最重要的二点。
    见下图：
图十三



       看图，机腹向上俯视图中，粉色的线就是副翼铰链中心轴线。零位时，拉杆AB与舵机臂成7字形，这个7字形的角度大小，取决于满足第4条。当舵机向右旋转60度时，拉杆A1B1应当垂直于副翼铰链中心轴线（即图中粉色线段）。
      机腹向上平视图中，青色的线段就是通过副翼铰链中心轴线的副翼平剖面，零位时，拉杆AB与舵角臂成7字形，这个7字形的角度大小，取决于满足第5条。当舵机向右旋转60度时，拉杆A1B1平行于通过副翼铰链中心轴线的副翼平剖面（即图中青色的线段）。
      好了解释的差不多了，至于为什么满足第4点、第5点就能达到我们想要的装机精度，我实在是懒得在这里推导了，太麻烦了。有兴趣的模友可以自己尝试推导一下。
副翼（方向）舵机的安装同样存在几个注意的地方。
        ⑴满足第4点、第5点很不容易做到，因为舵机高度以及舵角位置已经固定了，可调整的余地很小，我们通过加减垫片、改变球头安装位置也不一定能达到要求，这时至少要尽力做到靠近标准。比如象图二那样，拉杆球头装在舵机臂上面的情况，至少我们可以避免。
        ⑵对于舵角臂连接孔的投影不能落在副翼舵面铰链中心轴上的情况，看零位时舵角臂向哪个方向偏，我们可以适当的让舵机臂也向那个方向偏点，这样有利于提高安装精度。（推导省略）
        ⑶舵机的安装方向应使得舵机臂远离舵角臂。这样有利于减小舵机受力。（推导省略）
        ⑷条件允许的情况下尽量用长舵角臂，这样有利于消除各种间隙对安装精度的影响。
想想也就这么多了，想不起来的也就算了吧。

ltyitiaoyu

第五章总结
       为了便于没有耐心的模友直接看结论，把必要的重点重复一下。
升降舵机的安装：
      1：舵机臂的长度与舵角臂的长度相等。
      2：舵机臂与舵角臂平行。
      3：升降舵机臂的回转平面垂直于升降舵面铰链中心轴线。（俯视）
     4：拉杆垂直于升降舵面铰链中心轴线。（俯视）
      副翼（方向）舵机的安装
     1：舵机臂的长度与舵角臂的长度相等。（首先保证第4条、第5条的前提下，尽量靠近）
     2：零位时舵机臂平行于副翼铰链中心轴线。（机腹向上，俯视）
     3：舵角臂连接孔的投影落在副翼舵面铰链中心轴上
     4：最大舵量时，拉杆垂直于副翼铰链中心轴线。（俯视）
     5：最大舵量时，拉杆平行于通过副翼铰链中心轴线的副翼平剖面。
       我滴个天呀，终于写完了，可把我累坏了。虽说后半段写的有点急，但是我想该表达的基本都表达了，剩下的就是模友们自己揣摩，自由发挥吧。
一家之言，仅供参考。慎拍砖！

木兰999

看的一脸懵逼  装舵机也这么讲究

紫醉金迷

好帖好帖

wys0301mm

舵机安装这么多学问啊！原来就是瞎装了！

wy_wuyang

好贴好贴，666

kiangs

真是好帖！楼主好人

连平人

小问题，大学问，为楼主点赞

sa2852

为楼主点赞

oly

为楼主的精神点赞以前我也用UG模拟分析过舵机和舵臂运动，结论就是：浪费时间且效果甚微。当然不是说楼主浪费时间，我指的是模友在这方面几乎无能为力，需要厂家在设计上做出改变。但是经验来看，要设计出这样完美的结构所带来的代价是不值得的，也是不可能的，每个人采用的舵机型号等等都不尽相同。所以还是遥控慢慢调吧，当然首先得懂其中的原理才能调好，还是感谢楼主的分享

平常心lkl

好帖，收藏了，现在这么详细的科普贴不多了，应该评为精华

v977

先说楼主很有耐心，
飞机买回来，就按照厂家设计好的位置装，上下差不多平就好了，工厂比我们专业，
这些理论还是留给造飞机的看吧，我们只管飞

卓力格图king

高大上的论文贴就害怕没耐心的人看到这就不想飞了

默如雷

先顶后看

yyqop01

v977 发表于 2019-3-9 01:26
先说楼主很有耐心，
飞机买回来，就按照厂家设计好的位置装，上下差不多平就好了，工厂比我们专业，
这些 ...

错了。厂家还要考虑工人安装成本，设计成本（有些地方的确该为性能妥协，但是这样设计很贵，所以就。。。）或者设计师本来就不专业。所以，安装说明书无脑装是欠妥的

zjjhdjb

小问题，大学问，为楼主点赞