книги из ГПНТБ / Козырев А.В. Конструирование любительских магнитофонов

толщиной 0,1—0,Змм.В качестве фрикционного материала используют фетр, фильц, кожу, фрикционит. При небольших тормозных усилиях применяют капроновую нить диаметром 1 мм. Фетр крепят на тормоз­ ной ленте при помощи клея БФ-4. Если тормозное усилие велико, фетр дополнительно крепят заклепками. Возвратная пружина должна обеспечить натяжение 1—1,5 Н (100—150 гс). В колодочных тормозах в зависимости от материала получают разную степень торможения. Так, фильц, фетр обеспечивают мягкое торможение, кожа, фрикционит— полужесткое, а резина — жесткое. Степень торможения также зависит от материала тормозного барабана или подкатушечника. Для ролико­ вых тормозов применяют резину тех же марок, что и для прижимного ролика. Тормозные колодки, рычаги промышленных конструкций

Электромагниты для управления тормозами должны иметь доста­ точное усилие порядка 20—30 Н (~2—3 кгс), малые поля рассеяния, допускать длительную работу без опасности перегрева и иметь мини­ мальное время срабатывания. Возможна установка электромагнитов, работающих как от переменного, так и от постоянного тока. Необходи­ мо помнить, что электромагниты могут явиться дополнительным источ­ ником магнитных помех, поэтому их иногда заключают в экраны из пермаллоя, стали и т. д.

Г л а в а 5. УЗЛЫ ПЕРЕДАЧИ ВРАЩЕНИЯ

Назначение, требования и принцип работы. Узлы передачи враще­ ния используются в одномоторных и двухмоторных механизмах для передачи момента вращения от двигателя к ведущему, подающему и приемному узлам, а в некоторых трехмоторных механизмах — для привода ведущего узла. Кроме этого, они применяются для привода вспомогательных устройств (счетчиков и т. д.). К узлам передачи вра­ щения, кроме элементов, непосредственно участвующих в передаче момента вращения, относятся и узлы управления, осуществляющие включение или выключение передачи, изменение ее передаточного чис­ ла, а также различного рода фрикционные муфты и т. д.

По роду использования передачи делят: на передачи вращения ве­ дущего узла и передачи вращения подающего и приемного узлов. Узлы передачи вращения бывают с постоянным передаточным числом и переменным. В зависимости от назначения передачи работают либо без проскальзывания (с жестким зацеплением), сохраняя передаточные числа практически постоянными, либо с проскальзыванием, переда­ точные числа которых меняются в зависимости от нагрузки. По спосо­ бу передачи усилия ведомым узлам различают последовательную и параллельную схемы. В первой усилие передается по одной цепочке эле-

100

ментов, составляющих передачу, во второй — по двум или трем па­ раллельным цепочкам, имеющим различные характеристики и включае­ мым поочередно в зависимости от режима работы механизма. Следует отметить, что в ЛПМ магнитофонов применяются исключительно ре­ менные и фрикционные передачи.

Особенности работы передач ведущих узлов. К этим передачам предъявляется ряд противоречивых требований. Для обеспечения не­ обходимой стабильности средней скорости ленты необходимо высокое постоянство передаточного числа. Однако, как известно из теории ременных и фрикционных передач, в силу того, что одна из поверхностей фрикционной передачи или пассик ременной передачи являются упру­ гими элементами, между ними Есегда существует упругое проскальзы­ вание. В этом смысле о постоянстве передаточного числа и жесткости зацепления можно говорить только условно, понимая под этим, что их изменение происходит в допустимых пределах. Известно также, что уве­ личение жесткости элементов, входящих в передачу, уменьшает упру­ гое проскальзывание. С этой точки зрения для обеспечения стабиль­ ности средней скорости ленты надо стремиться делать передачу более жесткой. Для увеличения стабильности мгновенной скорости стремятся, как было показано, использовать ведущий узел с большим моментом инерции, а чтобы уменьшить влияние на него возмущений со стороны ведущего двигателя, связь с последним стараются делать более слабой. Отсюда следует, что элементы передачи необходимо выбирать более упругими. О том, почему в магнитофонах не применяются шестеренчатые и червячные передачи, вряд ли стоит и говорить. Обладая абсолютно постоянным передаточным числом, имея меньшие габариты и будучи выполненными даже с очень высокой точностью, они в силу их жесткос­ ти не производят развязки ведущего узла от ведущего двигателя. Практически же точность их изготовления ограничена, поэтому они сами могут явиться источником дополнительных помех.

Необходимо помнить, что конечная точность выполнения фрикци­ онных и ременных передач также может быть причиной колебаний скорости ленты. Поэтому введение в передачи дополнительных элемен­ тов, как правило, сопровождается увеличением колебаний скорости.

Если сравнить фрикционную и ременную передачи с точки зрения стабильности средней скорости, то с разработкой достаточно жестких плоских пассиков из лавсановых тканей, полиуретана и полиэфирной пленки предпочтение следует отдать ременной передаче. К недо­ статку ее относится несколько большие габариты, обусловленные зна­ чительным межцентровым расстоянием между осями ведомых и ведущих шкивов. Кроме этого, при использовании жестких пассиков, работающих с натяжными роликами, усложняется изменение передаточного числа в многоскоростных конструкциях. В бытовой аппаратуре широко при­ меняются ременные передачи с упругими резиновыми пассиками. Та­ кие передачи требуют менее жесткой привязки межцентровых расстоя­ ний осей ведомого и ведущего шкивов, позволяют просто изменять передаточное число путем перекидки пассика относительно разных ди­ аметров ведущей насадки. В этом случае изменение межцентровых

101

расстояний и диаметров ведущей насадки компенсируется упругими свойствами резины. Фрикционные передачи в этом смысле несколько уступают ременным. Но они более компактны, работают при боль­ ших передаточных числах, позволяют просто регулировать переда­ точное число. Для создания более благоприятных условий работы ременных и фрикционных передач, с точки зрения стабильности сред­ ней скорости ленты, необходимо стремиться уменьшать момент со­ противления на ведущем валу.

Особенности работы передачи подающего и приемного узлов. Ос­ новная характеристика любой передачи — ее передаточное число (отношение). Передаточное число:

где п-у — частота вращения ведущего шкива (диска), об/мин; « 2 — частота вращения ведомого шкива (диска), об/мин.

Передачи подающего и приемного узлов выполняют с постоянным передаточным числом.

Передаточное число определяется угловой скоростью вращения подкатушечников приемного и подающего узлов, зависящей от режима

при наименьшем диаметре намотки и низшей скорости ленты перифери­ ческая скорость наматываемого рулона соответствовала скорости ленты. Например, чтобы выполнить данное условие при скорости ленты 4,76 см/с и наименьшем диаметре намотки ленты, равном 60 мм (катуш­ ка № 18), скорость вращения подкатушечника должна быть примерно 15 об/мин. При использовании в приемном узле или в передаче фрик­ ционной муфты, работающей с проскальзыванием, скорость вращения ведущего диска муфты берут в 1,5—2 раза больше скорости вращения ведомого диска, на котором установлен подкатушечник, т. е. для рас­ сматриваемого примера — примерно 30 об/мин. Увеличивать угловую скорость ведущего диска более чем в 1,5—2 раза нецелесообразно из-за повышенного износа фрикционного материала муфты.

Таким образом, например при частоте вращения вала ведущего двигателя 1500 об/мин, передаточное число передачи «ведущий двига­ тель — приемный узел» в режимах записи и воспроизведения должно быть равно 50. Осуществить одноступенчатую фрикционную или ре­ менную передачу с таким передаточным числом трудно. Поэтому часто используют двухступенчатые передачи. Широкое распространение получила схема двухступенчатой передачи, в которой момент вращения от двигателя передается ведущему узлу, а от него — приемному (см. рис. 10). В ЛПМ с катушками малых размеров или кассетами (наименьший диаметр намотки равен 35 -ь22 мм), работающих при ско­ рости ленты 4,76 см/с, частота вращения подкатушечника приемного узла обычно равна 100—120 об/мин. При этом передаточное число передачи «ведущий двигатель — приемный узел» (при лд —2000 об/мин) составляет примерно 15—18. Такие передаточные числа реализуются

102

и при одноступенчатых передачах. Типовая схема передачи магнитофо­ на представляет собой ременную передачу, осуществляющую передачу вращающего момента ведущему узлу и одновременно фрикционной муфте приемного узла.

В режимах перемотки передаточные числа выбирают значительно меньшими, обычно 5 н- 10. Эти передачи выполняют также с постоян­ ным числом. Перемотку производят обычно при жестком зацеплении.

Разные передаточные числа передачи приемного узла в рабочем и вспомогательном режимах обусловливают ее построение в режимах перемотки по отдельной дополнительной параллельной ветви. Еще одна независимая ветвь используется для передачи вращающего мо­ мента подающему узлу.

В передачах подающего и приемного узлов применяют иногда муф­ ты, передающие вращающий момент только в одну сторону и работаю­ щие с проскальзыванием при изменении направления вращения. При конструировании передачи следует стремиться к тому, чтобы количест­ во элементов, образующих ее, было минимальным, при этом потери в передаче, как правило, уменьшаются.

Чтобы передачи не были источником дополнительных возмущений не только при рабочем ходе, но и при перемотке, их следует изготавли­ вать с высокой точностью. Необходимо учитывать, что в одномоторных механизмах через систему передачи вращения может быть обратное воздействие того или иного узла на двигатель и, следовательно, на узел ведущего вала. Поэтому жесткость этих передач нужно уменьшать. Таким образом к системам передачи движения предъявляются требо­ вания: постоянства передаточного числа (для ведущих узлов), возмож­ ность изменения передаточного числа для получения нескольких ско­ ростей ленты; обеспечение упругой развязки между ведущим, подающим и приемным узлами и двигателем; возможность работы с постоянным передаточным числом (при перемотках) и с проскальзы­ ванием (в режимах записи и воспроизведения); передача не должна яв­ ляться источником механических и акустических помех; простота и технологичность конструкции; высокая надежность работы; отсут­ ствие остаточных деформаций, долговечность и высокая износоустой­

Промежуточный ролик должен иметь эластичную поверхность. В ряде передач промежуточный ролик может отсутствовать, тогда одна из поверхностей ведущего или ведомого диска также должна быть элас­ тичной. Использование в таких передачах упругого эластичного эле­ мента не только уменьшает их жесткость, обеспечивая соответству­ ющую фильтрацию помех, создаваемых двигателем, но и создает необхо­ димую мягкость, плавность и бесшумность работы. В качестве эластич­ ного материала применяют резину или полиуретан. Ведомый диск

103

рычаге, который вводит его в зацепление с ведомым и ведущим дисками. Если же передача работает без промежуточного ролика, то на качаю­ щемся рычаге устанавливают двигатель. Включение передачи осущест­ вляется перемещением рычага с роликом или двигателем с помощью электромагнита или тяги рычагов. Для уменьшения жесткости переда­ чи усилие этому рычагу передается обычно через пружину. При выклю­ чении механизма отвод рычага производится возвратной пружиной.

Нужно помнить, что биение как ведомого, так и ведущего диска приводит к возникновению в передаче помех. Учитывая, что ведущий ролик с эластичной поверхностью с небольшим эксцентриситетом сде­ лать труднее, целесообразно эластичный слой наносить на ведомый диск, который имеет больший диаметр. Вообще же следует стремиться выбирать диаметры дисков при заданном передаточном числе возможно большими. Минимальный диаметр ведущего ролика не делают меньше 10—15 мм. Для уменьшения жесткости фрикционной передачи можно увеличить толщину эластичного слоя, выбрать более эластичный мате­ риал и, наконец, уменьшить усилие прижима. Все рассмотренные в гл. 3 положения, касающиеся построения и изменения жесткости системы прижимной ролик — ведущий вал, остаются в силе и для фрикцион­ ных передач.

Применение в передаче промежуточного ролика позволяет наиболее просто изменять передаточное число, более просто осуществлять ее включение и выключение, расширяет компоновочные возможности. При неработающем механизме эластичный слой не должен находиться в зацеплении, так как это может привести к вмятинам на его поверх­ ности.

Фрикционные передачи работают при передаточных числах до 10— 15. Передаточное число определяется по формуле:

где D-t — диаметр ведущего диска, мм; D2 — диаметр ведомого диска, мм;

5 — коэффициент скольжения во фрикционных передачах, рав­ ный 0,02—0,03.

Определив диаметр ведомого диска из конструктивных соображе­ ний, находят межцентровое расстояние между дисками. Диаметр про­ межуточного ролика проще найти графически. Усилие прижимающей пружины выбирают равным 2—5 Н (200—500 гс). Используя ведомый и ведущий диски разного диаметра (обычно ведущий диск выполняют сту­ пенчатым), можно изменять передаточное число и соответственно ско­ рость вращения. Достигается это перемещением промежуточного ролика так, чтобы он входил в зацепление с той или иной поверхностью веду­ щего диска. Если фрикционную передачу применяют для передачи момента вращения к приемному узлу в одном из рабочих режимов, промежуточный ролик выполняют в виде муфты проскальзывания.

К преимуществам фрикционных передач относится компактность, бесшумность работы, способность передавать усилие взаимно перпен-

104

дикулярным осям и сравнительно большие передаточные числа на одну пару, а к недостаткам — наличие значительного скольжения, появле­ ние остаточной деформации резинового слоя при выключенном меха­ низме в состоянии зацепления, необходимость защиты от попадания смазки и плохая работа при реверсировании. При реверсировании ведущий диск отталкивает промежуточный ролик, что приводит к ви­ брациям и ухудшает зацепление.

Во фрикционных передачах желательно применять самоустанав­ ливающуюся систему крепления промежуточного ролика. Все сооб­ ражения, касающиеся самоустанавливающихся прижимных роликов (см. гл. 3), остаются в силе и для фрикционных передач. Самоуста­ навливающиеся промежуточные ролики закрепляют на подвеске, до­ пускающей их свободное перемещение. Допуски на параллельность установки осей ведущих и ведомых дисков можно расширить.

С этой же целью поверхности эластичного слоя иногда придают бочкообразную форму. Система крепления должна быть выполнена так, чтобы паразитный ролик работал на «заклинивание», благодаря чему достигается наилучшее его сцепление с ведомым и ведущим диска­ ми. В этом случае ролик сам устанавливается параллельно дискам, и усилие его прижима будет автоматически соответствовать изменению нагрузки, т. е. при изменении нагрузки ролик будет больше или меньше вдавливаться в угол заклинивания, образуемый ведомым и ведущим дисками.

Иногда промежуточный ролик выполняют на одном подшипнике качения, благодаря чему он также может самоустанавливаться относи­ тельно ведомого и ведущего дисков.

Материалы, из которых изготовляют фрикционные передачи, дол­ жны обладать достаточно высоким коэффициентом трения (чтобы из­ бежать необходимости больших усилий прижатия), высокой износо­ устойчивостью и достаточной упругостью.

Ведущие диски фрикционов обычно изготавливают из более износо­ устойчивого материала (стали, латуни и т. п.), ведомые — из дюра­ люминия, пластмасс или из стали.

Промежуточный ролик фрикционной передачи представляет собой обрезиненную стальную или бронзовую втулку, которая вращается вокруг неподвижной оси. Требования к точности выполнения промежу­ точного ролика такие же, как и прижимного. Толщину эластичного слоя выбирают несколько большей, чтобы понизить жесткость передачи. Высота промежуточного ролика обычно составляет 1,5—2,5 мм в кас­ сетных и до 5—6 мм в обычных магнитофонах. В качестве подшипни­ ков желательно применять шарикоподшипники, имеющие меньший и более стабильный во времени момент сопротивления. В бытовых конструкциях промышленного изготовления (для снижения стоимости) используют подшипники скольжения из бронзографита или железографита.

В кассетных магнитофонах часто используются пластмассовые ролики и диски, при этом подшипник из бронзографита впрессовы­ вают в латунную втулку, а затем опрессовывают ее пластмассой.

105

Оси вращения промежуточных роликов изготавливают по той же технологии и с той же точностью, что и оси подающего и приемного узлов. Материал рычагов — листовая сталь, алюминиевые сплавы, различные пластмассы (капрон, капролон и т. д.).

Для устранения попадания пыли, продуктов износа ленты и элас­

Jвинтов.

Вкачестве примера фрикционной пере­ дачи без промежуточного ролика может служить конструкция узла ведущего вала магнитофона «EL-3585» фирмы «Philips» (рис. 55). Обрезиненный ведущий диск / укреплен на оси двигателя 2 и передает уси­

лие вращения непосредственно маховику ведущего вала 3. Двигатель может повора­ чиваться относительно оси 4. Мягкое зацеп­

ление обеспечивается пружиной. Несмотря на некоторые недостат­ ки (отсутствие самоустановки, повышенные требования к непараллель­ ности осей диска ) и ведущего вала), эта конструкция отличается простотой и малыми габаритами.

Рис. 56

Другим примером может служить конструкция передачи трехскоростных магнитофонов «ТК340», «ТК46» фирмы «Crundig» (рис. 56). Изменение скоростей ленты (4,76; 9,53; 19,05 см/с) достигается переме-

106

щением в вертикальном направлении промежуточного ролика 4 отно­ сительно трехступенчатой насадки 3 на валу двигателя 6. Управление осуществляется вилкой 2, которая перемещается по оси 1. Ведомым элементом передачи является маховик ведущего вала 5.

Примером фрикционной передачи подающего узла может служить механизм магнитофона «ТК248» фирмы «Grundig» (рис. 57). При обратной перемотке промежуточный обрезиненный ролик 1 входит в зацепление с боковой поверхностью диска подающего узла 2 и проме­ жуточным роликом 3. Промежуточный ролик находится в постоянном

_3_ 4,

Рис. 57

зацеплении с ведущим шкивом 4, укрепленным на оси двигателя. Ролик / установлен на подвижной пластине 5, которая перемещается в плоскости чертежа при нажатии клавиши обратной перемотки.

Ременная передача. Передача вращения в этом случае состоит из ведомого и ведущего шкивов, укрепленных на соответствующих осях, и пассика — бесконечного ремешка, выполненного из рези?1ы или из пластмасс. Применяя шкивы различных диаметров, можно изменять передаточное число и соответственно частоту вращения ведомой оси.

Передаточное число для ременных передач можно определить по формуле:

где 5—коэффициент упругого скольжения пассика, равный0,01—0,015; Dx— диаметр ведущего шкива, мм;

D 2 — диаметр ведомого шкива, мм.

Угол обхвата пассиком ведущего шкива должен быть не менее 150°. При известном межцентровом расстоянии А длину пассика находят

из равенства:

Преимущество ременных передач — простота конструкции, высокая надежность, удобство замены пассиков, высокий к. п. д., достигающий

107

0,8—0,9, незначительное давление на оси шкивов. Так же как и фрикционные передачи, они позволяют передавать усилие взаимно перпендикулярным осям. Недостаток ременных передач — ухудше­ ние, их механических характеристик по мере эксплуатации вследствие вытягивания, потери эластичности и высыхания резиновых пассиков, а также несколько большие габариты по сравнению с фрикционными передачами.

В зависимости от эластичности различают жесткие и упругие пассики. Жесткие пассики прямоугольного сечения изготавливают из полиэфирной пленки толщиной 0,05—0,03 мм, лавсановых тканей с пропиткой толщиной 0,1—0,3 мм и полиуретана толщиной 0,5—1 мм, упругие — из резины марок 1847, 3311, НО-68-1, 98-1 и др.

Использование жестких пассиков позволяет создать передачи с постоянным передаточным числом, обеспечивающим высокую ста­ бильность средней скорости. Однако жесткость передачи несколько ухудшает ее фильтрующее свойство. Жесткость пассика можно менять в широких пределах, изменяя поперечное сечение и длину пассика. Передачи с жесткими пассиками чаще используются в профессиональ­ ных магнитофонах для передачи усилия ведущему узлу. Применение жестких пассиков предъявляет высокие требования к допускам на рас­ стояние между осями ведомого и ведущего шкивов. Иногда для того, чтобы обеспечить необходимое начальное натяжение жесткого пасси­ ка, вводят дополнительный натяжной ролик, который устанавливают на одной из ветвей передачи. Это — свободно вращающийся цилиндри­ ческий ролик, укрепленный на подпружиненном рычаге и находящий­ ся в контакте с пассиком. Начальное натяжение меняется за счет изме­ нения усилия пружины. Следует помнить, что натяжной ролик может явиться дополнительным источником помехи. Кроме того, его наличие затрудняет перекидку пассика на ведущие шкивы разных диаметров для получения нескольких скоростей вращения ведомого шкива.

Упругие пассики, выполненные из резины, нашли самое широкое распространение в бытовых магнитофонах. Эластичность пассика хотя и уменьшает стабильность передаточного числа, тем не менее позволяет лучше использовать фильтрующее свойство передачи. За счет упругих свойств пассика допуск на межцентровые расстояния может быть расширен, просто меняется передаточное число. Эти пассики применяют для передачи усилия как ведущему, так и подаю­ щему и приемному узлам. Упругие пассики просты в изготовлении и имеют меньшую стоимость, чем жесткие. В ряде конструкций ремен­ ная передача приемного узла может работать в режимах записи и воспроизведения с проскальзыванием, что исключает специальные муфты. Жесткость такой передачи в режиме перемотки можно изменить натяжением пассика.с помощью паразитного ролика.

Однако чаще ременные передачи приемных узлов работают в режи­ мах записи и воспроизведения с муфтами проскальзывания.

В ременных передачах могут использоваться муфты, позволяющие при изменении направления вращения двигателя прекращать или, на­ оборот, передавать момент вращения на тот или иной узел. Только при

108

помощи ременных передач в магнитофонах передается вращение вспо­ могательным узлам — счетчикам, программным устройствам.

Упругие пассики бывают круглого, квадратного, треугольного, прямоугольного и реже трапецеидального сечения (рис. 58). Пассики круглого сечения способны передавать как небольшие, так и значи­ тельные моменты, просты в изготовлении. Основной их недостаток — неопределенность зацепления, не позволяющая выполнить передачи с большой точностью. Ведущие и ведомые шкивы при применении круглых пассиков должны иметь канавку, ограничивающую перемеще­ ние пассика. Для исключения торцевого защемления ширину канавки

Рис 58

выбирают на 10—20% больше диаметра пассика. Наличие канавки затрудняет изменение передаточного числа, поэтому такие пассики ис­ пользуют в основном для передачи усилий приемному и подающему узлам, вспомогательным и реже ведущему узлу в односкоростных ме­ ханизмах. Диаметр круглого пассика обычно составляет 1—1,5 мм для привода вспомогательных устройств и 4—5 мм — для передачи усилий подающему, приемному и ведущему узлам. Длина пассика определяется межцентровым расстоянием между шкивами и рассчитыва­ ется по формуле (59). Практически необходимо, чтобы при работе в передаче удлинение пассика составляло 20—30%. Это относится и к пассикам других профилей.

Пассики квадратного и прямоугольного сечений применяют в тех случаях, когда необходима точная фиксация положения пассика по ширине шкива. Эти пассики нашли самое широкое использование в кассетных аппаратах, где из-за небольших размеров передачу прихо­ дится выполнять с большей точностью. Ведомые и ведущие шкивы в этом случае также должны иметь фигурную проточку (канавку), соответствующую профилю пассика. При этом проточка должна иметь дополнительный прямоугольный паз 1 (см. рис. 58, б, в), исклю­ чающий влияние облоя и неточности изготовления кромки пассика на качество работы передачи. Ширина этого паза зависит от размера пассика и обычно для пассиков размерами 1—4 мм составляет 0,5—1 мм, соответственно, глубина — 0,5—1 мм. Размеры сторон пассика (в се­ чении) зависят от назначения передачи и составляют 1—4 мм. Пасси­ ки квадратного и треугольного сечений в основном используют в пере­ дачах с постоянным передаточным числом.

Для привода ведущих узлов многоскоростных механизмов берут пассики прямоугольного сечения (см. рис. 58, д). К такому пассику предъявляются повышенные требования по точности и стабильности его геометрических размеров, особенно толщины в поперечном сечении. Последнее существенным образом влияет на колебания скорости

109.