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

стойкой (рис. 6, б). Считая ленту нерастяжимой и доказывающей сопротивление изгибу при набегании и сбегании ее со стойки, а также пренебрегая массой ленты, можно определить зависимость между натяжением на набегающей ветви и натяжением на сбегающей ветви f2 по формуле Л. Эйлера, т. е.

где ц — коэффициент трения покоя пары лента—поверхность стойки; а — угол обхвата лентой стойки.

Разница в силах натяжения, возникающая при движении ленты, объ­ ясняется тем, что необходимо преодолеть силу трения ленты о стойку

возникающей при взаимодействии ленты с головкой при угле обхвата 5 -г- 10°, составляет примерно 0,04 0,1 н (4 -г- 10 гс). Силы трения препятствуют движению и направлены в противоположную сторону

головок, направляющих стоек и т. д., выбирают значение сил, создава­ емых подающим и приемным узлами, из следующих соотношений:

^под.у > Ю X ^ т р . л ; ^пр.у > Ю 2 # г р . п - Тогда Fx ^ Ы^под.у и F 2 ^

— 1AFпр.у.

Рассмотрим, как следует выбирать конкретные значения сил натя­ жения Fy и F2.

20

Величина силы натяжения Ft зависит от выбранного способа взаимодействия ленты с магнитными головками. Необходимую ве­ личину силы давления ленты на головку Qp, в ее рабочей зоне, опреде­ ляют по формуле:

Qr является составляющей силы натяжения и зависит как от ее ве­ личины, так и от угла обхвата головки лентой. Если для простоты пре­ небречь силой трения, возникающей между головкой и движущейся лентой (так как обычно выполняется у с л о в и е ^ > 10 У] /чр-л). то силу давления Qr можно определить (см. рис. 6, в) по формуле:

где а г — угол обхвата головки лентой.

Отсюда, задаваясь величиной силы Qr, можно найти нужное мини­

пользовать этот способ, если выполняется условие «идеального» про­ тягивания. Величина силы Fx обычно составляет 0,7-=-1,5 Н (~70-г- -г-150 гс). Еслидля контакта ленты с головками применяютлентоприжимы (в большинстве бытовых магнитофонов), то силу натяжения Fx можно

Силу натяжения F2 выбирают исходя из минимально необходимого натяжения ленты на приемной катушке. Величина ее обычно такая же, как и силы Fx. Таким образом, нужные величины моментов, которые должны развивать подающий и приемный узлы, для максимального и минимального радиусов намотки ленты равны:

21

Способы стабилизации скорости ленты

Основной параметр, характеризующий лентопротяжный меха­ низм,— стабильность скорости ленты.

Номинальная (расчетная) скорость ленты У п о м показывает длину ленты, прошедшую мимо головок за единицу времени. В силу конечной точности изготовления деталей ведущего узла, элементов передачи вращения, проскальзывания в последней, стабильности питающего на­ пряжения, частоты и т. д., в реальных механизмах приходится иметь дело не с номинальной, а со средней скоростью У с р . Она измеряется в см/с и определяется как среднее арифметическое крайних значений ско­ рости за конечный стандартизованный интервал времени (обычно 100 с). Величина отклонения средней скорости от номинальной (допуск на номинальную скорость) измеряется в процентах, зависит от назна­ чения магнитофона и обычно лежит в пределах от ± 0 , 5 до ± 3 % .

В процессе работы механизма средняя скорость может меняться, например, из-за изменения натяжения ленты, приводящего к перемен­ ной нагрузке на ведущий узел. Вследствие этого лента может проскаль­ зывать относительно ведущего вала и прижимного ролика. Изменения средней скорости ленты характеризуются коэффициентом нестабиль­ ности средней скорости Д У с р и выражаются в процентах: •

Кроме медленных изменений приходится учитывать мгновенные изменения скорости ленты в зоне магнитных головок. В общем случае мгновенные изменения скорости ленты носят случайный характер. Они являются суммой как периодических, так и непериодических колебаний. Нестабильность мгновенной скорости оценивается коэф­ фициентом колебания скорости. Коэффициент колебания скорости лен­ ты Кс определяют по формуле:

Коэффициент колебания скорости ленты задают и измеряют в опре­ деленной полосе частот колебаний скорости. Колебания мгновенной скорости ленты при записи и воспроизведении приводят к паразитной частотной модуляции воспроизводимого сигнала. Паразитная частотная модуляция звукового сигнала воспринимается слухом как специфи­ ческие искажения, называемые детонацией.

Для сравнения магнитофонов по величине заметных на слух ис­ кажений, вносимых колебаниями скрости ленты, вводится понятие ко-

22

эффнциента детонаций Кя- Коэффициент детонации отличается от ко­ эффициента колебания скорости только способом его оценки, преду­

приводить к искажениям сигнала при воспроизведении. Но в силу слу­ чайного характера распределения фаз периодических составляющих скорости, суммарное колебание скорости при записи и воспроизведе­ нии может принимать любое значение в пределах от их суммы до раз­ ности.

Рассматриваемые изменения скорости ленты происходят вследствие действия на нее ряда сил полезных и вредных (возмущающих), вызы­ ваемых различными причинами. Средняя скорость ленты Vcp — есть результат действия полезных сил, к которым относятся сила протяги­ вания Fn p, силы натяжения ленты Fx и F2. Изменения сил Fx и F2 приводят к возникновению составляющей скорости AVcp. Кроме полезных, существуют вредные периодические и случайные силы Ft„, Fo , Т^слИ /7 2сл> результатом действия которых являются составляющие

Д 1 /„ и А У с л .

Возникновение периодических сил Fi„ и Fo~ обусловлено неточ­ ностью изготовления (эксцентриситетом, непостоянством сил трения в подшипниках и т. п.) всех вращающихся элементов, расположенных справа и слева от ведущего вала. Периоды колебаний этихеил зависят

шением скорости ленты диапазон колебаний сил Fi„ и F2„ перемещается в более высокочастотную часть.

Кроме периодических сил в тракте движения ленты возникают слу­ чайные силы F\CJl и F 2 C J I , обусловленные неравномерным соприкос­ новением ленты с головками за счет загрязнения ее, наличием склеек на ленте и их взаимодействием с направляющими стойками, роликами, переменным трением в подшипниках, залипанием ленты в рулоне и т. д.

23

Возникновение таких случайных сил приводит к тому, что скорость

резонансная частота которых лежит в пределах от 1 ООО до 5000 Гц. Та­

вызывающих изменения скорости ленты (особенно ее мгновенных со­ ставляющих), необходимо учитывать, что реально работающий механизм представляет собой сложную динамическую систему, состоящую из ряда узлов с определенными инерционными свойствами. Они связаны между собой магнитной лентой и механическими связями в виде раз­ личных передач. В общем случае — это упругие связи с той или иной степенью жесткости.

Если инерционным элементам задать некоторое перемещение от состояния равновесия, а затем предоставить свободу, то, как известно, в системе устанавливаются свободные колебания. Наличие трения при­

лебания. Периодические возмущающие силы, кроме того, вызывают вынужденные колебания с той же частотой. Поэтому механизм следует рассматривать как колебательную систему, в которой при работе воз­ никают сложные колебательные процессы, состоящие из свободных (собственных) и вынужденных колебаний. Величина и частота этих колебаний зависит как от конструктивных параметров определенных узлов, так и от степени связи между ними. Соответственно и силы, воздействующие на ленту, имеют такой же сложный характер.

Для того чтобы более наглядно представить себе причины, вызыва­ ющие изменения скорости ленты, и дать рекомендации по их устране­ нию, рассмотрим основные причины раздельно, понимая, что процессы, происходящие в механизме, сложны и обусловлены работой его в целом.

Причины медленного изменения скорости. Основная причина мед­ ленного изменения скорости ленты, как указывалось,— изменение ее натяжения. Оно может привести к проскальзыванию ленты относитель­ но ведущего вала и прижимного ролика особенно при малых диаметрах ведущего'вала. Проскальзывание также бывает в передачах вращения, передающих момент вращения от двигателя к ведущему узлу. Кроме этого, если используется асинхронный двигатель, частота вращения ме­ няется при изменении нагрузки на его валу. Медленные изменения ско­ рости ленты вызываются также изменением напряжения питающей сети, приводящим к изменению частоты вращения асинхронного двигателя, и изменением частоты питающей сети, приводящим к изменению час­ тоты вращения как синхронных, так и асинхронных двигателей. Медленное изменение частоты вращения синхронного двигателя

24

наблюдается при прогреве его ротора. Медленное изменение скорости ленты при длительной эксплуатации магнитофона происходит из-за механического износа ведущего вала.

Периодические колебания скорости ленты, вызванные конечной точностью выполнения деталей и узлов механизма. Магнитная лента при движении в тракте механизма взаимодействует с такими вращаю­ щимися элементами, как ведущий вал, прижимной ролик, стабили­ зирующий фильтр (инерционный ролик), направляющие ролики и т. д. Их можно выполнить с конечной точностью, т. е. с определенной ве­ личиной биений. Последние вызывают изменение линейных скоростей (при вращательном движении их часто называют периферическими

Рис. 7'

скоростями) поверхностей вращающихся элементов, находящихся в контакте с лентой.

В качестве примера определим коэффициент колебания скорости, возникающий из-за биения ведущего вала, если известны угловая

Подставляя вместо эксцентриситета е величину биения ведущего вала S = 2е (т. е. то, что можно замерить индикатором), получим окончательное выражение удвоенного коэффициента колебания ско­ рости (от максимума до минимума):

Аналогично можно найти коэффициенты колебания скорости, воз­ никающие от других вращающихся элементов, входящих в тракт движения ленты.

25

Из выражения (15) видно, что для устранения колебаний скорости ленты, вызываемых вращающимися элементами, необходимо изготов­ лять их с очень высокой точностью, а также использовать вращающие­ ся элементы, соприкасающиеся с лентой, с большими диаметрами.

Периодические колебания скорости ленты, вызванные неравномер­ ностью угловых скоростей вращающихся элементов механизма. Если даже вращающиеся узлы выполнены с необходимой точностью, периодические колебания скорости ленты могут возникать из-за нерав­ номерности угловой скорости того или иного узла механизма, например, ротора ведущего двигателя, ведущего вала и т. д. Неравномерность угловой скорости ротора ведущего двигателя возникает вследствие асимметрии вращающегося поля, из-за плохой балансировки, пери­ одического изменения нагрузки, вследствие явления качания ротора и т. д. Если момент вращения передается ведущему валу посредством ременной или фрикционной передачи, то неравномерность его вращения вызывается еще и биениями элементов этих передач. В одномоторных механизмах следует считаться с биениями подающего и приемного узлов, которые через узлы передачи вращения могут воздействовать на ведущий двигатель и соответственно на ведущий вал.

Существенно также качество подшипников механизма, которые могут создать переменный момент сопротивления вращению. Таким образом угловая скорость вращения ведущего двигателя со0 и дру­ гих узлов не остается постоянной в течение одного оборота, а меня­ ется от ©макс До шМ Ш 1 . Поэтому в реальных механизмах приходится иметь дело не с номинальной угловой скоростью со0, а со средней шс р :

(16)

Неравномерность вращения ведущего вала или вала любого дру­ гого узла оценивают коэффициентом неравномерности б:

(17)

Коэффициент неравномерности вращения эквивалентен изменению скорости ленты, т. е. коэффициенту колебания скорости, так как ха­ рактеризует удвоенную амплитуду изменения угловой скорости, от­ несенную к ее среднему значению.

Как известно, при прочих равных условиях, во время установив­ шегося движения механизма, коэффициент неравномерности вращения ведущего вала будет тем меньше, чем больше его момент инерции. Поэтому для уменьшения неравномерности вращения ведущего вала увеличивают его момент инерции путем установки на ведущем валу массивного тела (маховика).

Необходимо помнить, что применение маховика не уменьшает колебания скорости движения ленты, вызываемые неточностью из­ готовления ведущего вала, биением прижимного ролика, проскаль­ зыванием ленты и т. д. Увеличивать массу маховика целесообразно лишь до тех пор, пока сглаживаемые им составляющие скорости при-

26

ближаются по величине к составляющим, обусловленным другими дестабилизирующими факторами. Дальнейшее увеличение момента

где бд.в — коэффициент неравномерности вращения ведущего двига­ теля;

юМ акс и сй„„н — соответственно максимальное и минимальное значения угловой скорости ведущего вала (без махови­ ка), равные:

Аналогично можно определить необходимый момент инерции лю­ бого другого стабилизатора вращения, использующего принцип ма­ ховика.

Для уменьшения колебаний угловой скорости, вызываемых биени­ ями узлов передач вращения, их следует выполнять с необходимой точ­ ностью, учитывая рассмотренные выше рекомендации. Стабильность угловой скорости можно существенно повысить, стабилизируя моменты вредных сил сопротивления. Для этого целесообразно применять в ка­ честве подшипников подшипники качения высших классов точности, момент сопротивления которых имеет меньшую величину и, что самое главное, более стабилен во времени.

Периодические и случайные колебания скорости ленты, обуслов­ ленные продольными упругими колебаниями, вызываемыми местным рас­ тяжением ленты за счет воздействия на нее переменных или случай­ ных усилий. При работе механизма могут возникнуть переменные

27

усилия на ленту в рабочей зоне, т. е. в области магнитных го­ ловок. Периодические составляющие этих усилий обусловлены бие­ ниями подающего и приемного узлов, скольжением и биением элементов передач вращения, биениями направляющих роликов и стабилизиру­ ющих фильтров, плохой балансировкой ротора двигателя подающего узла и т. д. При этом ведущий узел можно рассматривать как точку жесткого закрепления отрезка ленты. Вследствие упругости ленты изменение силы натяжения приводит к изменению длины ленты. При этом амплитуда колебаний мгновенной скорости в различных точках тракта движения ленты растет с увеличением расстояния от

28

Отсюда видно, что для уменьшения коэффициента колебания ско­ рости расстояние между головками и ведущим валом необходимо де­ лать минимальным. Следует также учитывать, что при уменьшении скорости ленты, при прочих равных условиях, коэффициент колебания скорости возрастает.

Даже выполнение подающего узла с большой точностью не исклю­ чает полностью местного растяжения ленты, так как всегда существу­ ет биение катушек. Неточность изготовления ведущего, приемного и подающего узлов приводит к возникновению низкочастотных колеба­ ний скорости ленты.

Кроме этого, в ЛПМ возможно возникновение высокочастотных колебаний скорости ленты, которые проявляются в виде модуляцион­ ных шумов. Подобные помехи возникают вследствие продольных ко­ лебаний ленты, происходящих на участке ведущий узел — направля­ ющая стойка. Частота этих колебаний определяется массой ленты и ее упругостью. Природу таких колебаний ленты упрощенно можно представить себе следующим образом. Лента обладает определенной упругостью, поэтому ее можно сравнить с пружиной. Из рис. 6, а вид­ но, что лента — пружина зажата в каждый отдельный момент между двумя опорами — узлом протягивания и 'направляющей стойкой. Во время движения лента за счет неравномерного соприкосновения с головками, направляющими стойками и т. д. то сжимается, то расширя­ ется, что приводит к собственным колебаниям ее. Частота этих коле­ баний в большинстве случаев лежит в диапазоне 1—5 кГц и зависит от расстояния между направляющей стойкой и ведущим валом, упругости ленты и ее давления на направляющие элементы.

Известно, что для уменьшения подобных колебаний в колебатель­ ную систему достаточно внести затухание. Практически это"достигает­ ся тем, что между головками записи и воспроизведения устанавливают стабилизирующий антишумовой ролик массой несколько граммов.

Рассмотренные выше причины, приводящие к изменению мгновен­ ной скорости ленты, значительно усложняются тем,что в механизме воз­ никают, как указывалось, сложные колебательные процессы. Поэтому, кроме рассмотренных рекомендаций, сводящихся к выполнению от­ дельных узлов и элементов механизма с необходимой точностью и вы­ бору оптимального режима их работы, необходимо использовать филь­ трующие свойства механизма как колебательной системы. Точность изготовления отдельных деталей конечна, поэтому минимальный уро­ вень возмущений в механизме всегда остается. Сложность однако со­ стоит в том, что отдельные параметры механизма изменяются в процес­ се работы, а следовательно, изменяются собственные частоты колеба­ ний механизма и его фильтрующие свойства. Объясняется это тем, что изменяется жесткость ленты с изменением ее натяжения, изменяются приведенные к ленте массы подающего и приемного узлов в зависимос­ ти от количества ленты на катушках и т. д.

Нужно стремиться связи между отдельными элементами делать бо­ лее слабыми и не меняющимися в процессе работы, для чего необхо­ димо также стабилизировать натяжение ленты. Кроме этого, в систему

29