塑料齿轮微型舵机（最常见的是随处可见的蓝色 9g SG90）发生扫齿通常出于以下三个原因之一：机械杠杆力矩超过了齿轮的抗剪强度；手动掰动机械臂或跌落时产生的突发反向驱动（back-driving）；或者在遇到无法逾越的机械限位时长时间堵转。解决办法并不总是换用更大的电机，而是要理解力矩的计算原理，并准确掌握哪些关节必须使用金属齿轮。

扫齿背后的力矩计算

大多数初学者认为，如果 SG90 的额定扭矩为 1.5 kg·cm，它就能轻松举起一个 100 克的夹爪。这种设想忽略了力臂的作用。扭矩等于力乘以到支点的距离：

• 在 5 cm 长度的前臂末端悬挂 100 g 的负载，需要 0.1 kg × 5 cm = 0.5 kg·cm 的静态扭矩。
• 加上亚克力结构件或 3D 打印连杆自身的重量（假设重约 40 g，质心在 2.5 cm 处）：这又增加了 0.1 kg·cm。
• 如果使用肩部关节将同一机械臂水平延伸至 15 cm，在尚未计入肘部舵机、前臂及支架本身重量的情况下，仅这 100 g 的有效负载就需要 0.1 kg × 15 cm = 1.5 kg·cm。

在 15 cm 处，肩部关节仅仅为了维持机械臂水平悬停，就已经在电机 100% 的绝对堵转极限下运行了。软件发出向上运动指令的瞬间，加速度峰值就会超出塑料齿轮的物理抗剪极限。输出轴齿键打滑，中间齿轮上的微小塑料齿被直接切断，舵机便开始发出无助的嗡嗡声却无法转动。

冲击载荷问题（反向驱动）

塑料齿轮在空中缓慢转动时很少会损坏，通常是在突然受阻时发生扫齿。在学校课堂和创客实验室中，9g 舵机的第一大杀手就是手动掰动。当学生在舵机断电（甚至更糟糕的是通电状态下）强行用手将机械臂推到某个位置时，齿轮箱会反向充当增速机构。巨大的输出摆臂迫使微小的主动小齿轮以极高速度旋转。注塑成型尼龙的抗剪切能力较弱，一次快速的手动推搡所产生的冲击扭矩，就足以瞬间打坏第一级减速齿轮。

何时选用 SG90、MG90S 与 MG996R

你无需把整台机器人都换成笨重且昂贵的标准尺寸舵机。切实可行的方法是根据力臂长度和受冲击风险，逐个关节进行选型。

夹爪：通常保留塑料齿轮

SG90 完全足以胜任轻型夹爪的开合动作。这里的力臂较短（小于 4 cm），因此扭矩需求极小。事实上，塑料齿轮在这里起到了廉价“机械保险丝”的作用：如果学生编程让夹爪死死夹住一块固定不动的木块，电机会发生堵转。虽然长时间堵转会导致电机线圈过热，但它在产生危险的电流峰值之前提供了一层缓冲。

肘部：直接替换升级为 MG90S

如果你的设计使用的是 9g 微型舵机支架，MG90S 就是极佳的无缝替换件。它与 SG90 拥有完全相同的物理外形尺寸和安装孔位，但将塑料齿轮组换成了黄铜和铝合金材质。它能提供大约 1.8 至 2.2 kg·cm 的扭矩，并能承受日常碰撞、平衡晃动以及足以让 SG90 瞬间扫齿的轻微堵转情况。如果你正在为课堂机械臂套件订购备件，从 Sheen 商店采购 MG90S 舵机备用，是摆脱频繁维护困扰最具性价比的方案。

肩部与腰部：升级为标准尺寸舵机

对于臂展超过 12 cm 的任何四轴或六轴机械臂，微型舵机（即便是金属齿轮版本）在轴承层面也会出现机械故障。4.8 mm 的小输出轴无法承受重型机械臂带来的弯矩（径向载荷）。在这些关节处，必须升级到标准尺寸的金属舵机，例如 MG996R（额定扭矩约 9–11 kg·cm）或数字空心杯舵机。这些舵机配备双滚珠轴承，能够将径向弯曲力与内部齿轮箱隔离开来。

保护舵机的三条实用法则

• 在软件中加入软启动（平滑过渡）：切勿直接让舵机瞬间从 0° 跳变至 180°。应在循环中逐步递增目标角度（例如每 15 毫秒移动 1°）。突发的角加速度正是导致齿轮被切齿的罪魁祸首。
• 校准机械限位：如果机械臂的亚克力支架在 160° 处就受到了物理阻挡，而代码却命令舵机转到 180°，舵机就会持续消耗最大堵转电流，直至塑料齿轮损坏或电机驱动模块过热保护关断。在拧紧舵机臂螺丝之前，务必在软件中校准最小/最大行程角度。
• 为舵机进行独立供电：堵转状态下的舵机会消耗 500 mA（SG90）到 2.5 A（MG996R）的电流。直接使用 micro:bit 或 Arduino 的 5V 引脚供电会导致电压跌落（brownout），引起微控制器反复重启，并产生剧烈的抖动冲击齿轮。请务必使用独立的 5V/6V 电源，并与控制板共地。