舵机的虚位（即空回或死区）是指输入信号变化时，输出轴未能立即响应的现象，主要由机械、电子和控制算法等多方面因素共同导致。以下是具体原因及机制：
一、机械结构缺陷
齿轮间隙与磨损舵机通过多级齿轮减速传动，齿轮间的齿侧间隙是虚位的主要来源。新舵机可能因加工精度不足（如模数不匹配、齿形误差）导致初始间隙，而长期使用后，齿轮表面磨损会进一步扩大间隙。金属齿轮虽比塑料齿轮耐磨，但长期高负载仍可能因疲劳变形产生虚位。此外，齿轮轴与安装孔的配合间隙（如塑料外壳孔被磨成椭圆形）也会加剧虚位。
输出轴与轴承问题输出轴与轴承的配合松动或轴承磨损会导致轴向或径向窜动。例如，部分廉价舵机未使用轴承，输出轴直接与塑料外壳摩擦，长期使用后磨损显著。优质舵机通过安装滚珠轴承可有效减少此类问题。
传动链累计误差多级齿轮传动会将每级的微小间隙放大。例如，三级齿轮传动若每级有 0.1° 的间隙，最终输出轴可能产生 0.3° 以上的虚位。
二、控制算法与电子元件
死区与滞环设置舵机控制系统为避免微小信号波动导致电机频繁调整，会设置控制死区（如 ±0.4% 的信号变化范围）和滞环（如 ±2%）。当输入信号与反馈信号的差值在死区内时，电机不动作。若死区设置过宽，会直接导致虚位；若设置过窄，可能引发电机高频震荡（即 “抖舵”）。
反馈元件精度不足模拟舵机依赖电位器反馈位置，其机械磨损和电阻线性度问题会导致反馈信号偏差。例如，电位器触点氧化可能使反馈值跳变，控制系统误判位置而产生虚位。数字舵机采用磁编码器或高精度电位器，反馈精度显著提升，虚位更小。
信号分辨率与响应延迟模拟舵机的 PWM 信号频率较低（通常 50Hz），信号分辨率受限（如 10 位精度对应约 0.1° 的角度分辨率）。而数字舵机通过提高 PWM 频率（如 300Hz）和采用微处理器优化算法，可将死区宽度压缩至 4 微秒以下，显著减少虚位。
三、材料特性与环境因素
材料热膨胀与老化温度变化会导致齿轮和外壳材料膨胀或收缩，改变间隙大小。例如，高温环境下塑料齿轮膨胀可能暂时减小间隙，但冷却后恢复原状；长期高温还会加速材料老化，导致变形。金属齿轮虽热膨胀系数较低，但润滑脂在极端温度下的性能变化也可能影响传动顺滑度。
润滑不足或失效齿轮间的润滑脂干涸或流失会增加摩擦，导致磨损加剧和虚位扩大。优质舵机采用长效润滑脂并密封齿轮箱，而廉价舵机可能因润滑不良在短期内出现问题。
四、使用与负载条件
长期过载运行当舵机承受超过额定扭矩的负载时，齿轮可能发生塑性变形或齿面剥落，快速产生虚位。例如，持续堵转 4 秒以上可能触发电子保护，但频繁过载仍会造成不可逆损伤。
冲击与振动剧烈振动或碰撞可能导致齿轮瞬间错位，或使固定螺丝松动，进一步扩大间隙。例如，四轴飞行器炸机后舵机常因冲击出现虚位增大。
五、制造工艺与设计缺陷
装配误差齿轮安装位置偏移、轴孔同轴度不足等装配问题会导致齿轮啮合不良，产生额外间隙。例如，金属齿轮若未精确对齐，可能出现单边磨损。
结构刚性不足外壳或齿轮支架的刚性差会在负载下变形，间接导致虚位。例如，塑料外壳在高扭矩下可能弯曲，使齿轮间隙增大。
总结
舵机虚位是机械、电子、材料和环境因素共同作用的结果。其中，齿轮间隙与磨损是最直接原因，而控制算法与反馈精度决定了虚位的可补偿程度。通过选择高精度齿轮、优化控制算法、加强润滑和散热，可有效减少虚位。对于已产生虚位的舵机，更换磨损部件、调整死区参数或升级为数字舵机是常见解决方法。 |
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