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

98-1, В-14, ВИАМ-106, имеющие среднюю твердость и высокую однород­ ность, или полиуретан марок СКУ-6, СК.У-7, СКУ-8. Преимущество полиуретана — больший срок службы и практически полное отсутствие остаточных деформаций при длительном воздействии нагрузок. Толцщна эластичного слоя составляет обычно 3—5 мм. Эксцентриситет не должен превышать 10—20 мкм.

После изготовления ролик следует прошлифовать. Выполняют его по второму классу точности. В качестве подшипников прижимных роликов бытовых магнитофонов чаще используют подшипники сколь­ жения. Они работают бесшумно, однако по мере эксплуатации у них может обра­ зоваться люфт. В высококачественных магнитофонах желательно применять ша­

рикоподшипники высокой точности.

ности ролика, степень стабилизации натяжения ленты. В качестве примера укажем, что в большинстве бытовых конструкций, рабо­ тающих с роликом высотой 12—15 мм, усилие прижима составляет: при мощности на валу ведущего двигателя 10—15 Вт и диаметре ве­ дущего вала 5—10 мм — от 30 до 40 Н (от 3 до 4 кгс); при мощности 3—5 Вт и диаметре вала 6—8 мм — от 15 до 20 Н (от 1,5 до 2 кгс); при мощности 1—2 Вт и диаметре 3—6 мм — от 10 до 15 Н (от 1 до 1,5 кгс). В кассетных магнитофонах с мощностью на валу двигателя меньше 1 Вт и диаметре ведущего вала 2 мм при высоте ролика 5 мм усилие прижима составляет 2—3 Н (0,2—0,3 кгс).

Двигатели узла ведущего вала. Ведущие двигатели трехмоторных конструкций выполняют только функцию привода ведущего вала. В двухмоторных и одномоторных схемах они также осуществляют на­ мотку ленты при рабочем ходе и перематывают ее в вспомогательных режимах. В качестве привода ведущего вала используются двигатели, имеющие абсолютно жесткую или жесткую механическую характери­ стику (рис. 30). В полупрофессиональной и первоклассной аппаратуре применяют синхронно-гистерезисные, синхронные или бесколлектор­ ные двигатели постоянного тока, в- бытовой аппаратуре —асинхрон­ ные и двигатели постоянного тока с системой стабилизации скорости вращения.

Требования, которые являются определяющими, при оценке воз-

60

можности использования электродвигателя в качестве ведущего сле­ дующие: диапазон мощностей для двигателей переменного тока—5— 50 Вт и для двигателей постоянного тока —0,1—1,5 Вт, питание от одно­ фазной сети переменного тока с частотой 50 Гц при напряжении i27 и 220 В для сетевых и питание от батарей напряжением 6—12 В для магнитофонов с автономным питанием; возможность самозапуска, высокое постоянство частоты вращения при больших перепадах на­ пряжения источников питания и частоты питающей сети; нестабиль­ ность мгновенной скорости вращения ротора не должна превышать Ю - 3 — Ю - 4 ; высокий к. п. д. при минимальных размерах и массе; ограниченные внешние магнитные поля, бесшумность работы и мини­ мальные вибрации; длительный срок службы; длительный режим ра­ боты (до 4 часов) при максимальном нагреве не более +80° С по от­ ношению к окружающей среде; высокая надежность.

При разработке ЛПМ конструктора интересует мощность и часто­ та вращения двигателя. Выбор частоты вращения и мощности двигате­ ля неразрывно связаны с кинематической схемой механизма, скорос­ тью ленты и ее стабильностью. Если используется непосредственный привод, то частота вращения двигателя не должна быть высокой,так как для заданной скорости ленты при увеличении частоты вращения умень­ шается диаметр ведущего вала. Высокооборотные двигатели, как пра­ вило, обладают более сильными внешними магнитными полями, повы­ шенным акустическим шумом и имеют меньший срок службы из-за быстрого износа подшипников. При использовании двигателей с ма­ лой частотой вращения диаметр ведущего вала получается большим, однако очень тихоходные двигатели применять также нежелательно, потому что они имеют увеличенные габариты, большой вес, К; п. д. их ниже, а неравномерность вращения ротора больше.

При выборе ведущих узлов с косвенным приводом все сказанное остается в силе, но наличие редуктора дает большую свободу при под­ боре двигателя и диаметра ведущего вала. Однако применение двига­ телей очень высокоскоростных также нежелательно, так как редуктор привода усложняется, растут потери в приводе и он может стать ис­ точником помех. Другими словами частоту вращения двигателя нужно выбирать компромиссным путем.

Диапазон частот вращения двигателей сетевых магнитофонов обыч­ но составляет 750—1500 об/мин. В магнитофонах с автономным пита­ нием используются двигатели постоянного тока с диапазоном частот вращения от 1500 до 3000 об/мин.

преодолеть момент сопротивления протягиванию. В случае непосред­ ственного привода и установки ролика «на прижим» мощность на валу двигателя Р д в равна:

61

При установке ролика «на заклинивание» мощность на валу двига­ теля нужно увеличить в 1,5—2 раза. Для косвенного привода необхо­ димо учитывать к. п. д. передачи двигатель — ведущий вал — ц, тогда:

На практике для обеспечения высокой стабильности вращающего мо­ мента мощность двигателя выбирают в 3—5 раз больше расчетной.

Практически в качестве ведущего двигателя в трехмоторных кон­ струкциях используются двигатели с мощностью на валу 5—10 Вт. В одномоторных механизмах мощность двигателя идет не только на пре­ одоление момента сопротивления протягиванию, но и расходуется приемным узлом. В общем случае необходимая величина вращающего момента приемного узла зависит от таких факторов, как количество ленты на катушках или кассетах, скорость деремотки, к. п. д. переда­ чи ведущий двигатель — приемный узел, к. п. д. приемного узла ит. д.

В одномоторных механизмах, работающих с катушками диаметром до 180 мм при скорости ленты не выше 19,05 см/с, необходимая мощ­ ность на валу двигателя должна составлять примерно 5—8 Вт. Исполь­ зуя косвенный привод с большой маховой массой, мощность на валу двигателя можно уменьшить до 4,5—5 Вт. Необходимая мощность на валу двигателя постоянного тока магнитофона с автономным пита­ нием, работающим с катушками диаметром до 100 мм при скорости ленты 4,76—9,53 см/с, составляет от долей до 1,5 Вт. Такую же мощ­ ность имеют двигатели кассетных магнитофонов.

63

отечественной промышленностью. Эти двигатели можно использовать в качестве привода механизма магнитофона.

Выбор типа двигателя в радиолюбительской практике часто бывает

и асинхронных унифицированных двигателей типов ДВС-У и ДВА-У. В связи с тенденцией к уменьшению габаритов, массы и потребляемой мощности двигатели этой серии в одномоторных бытовых магнитофо­

Рис. 31

нах распространения практически не получили. Однако учитывая, что. они обладают сравнительно высокими электрическими, акустическими и эксплуатационными характеристиками, их следует рекомендовать в качестве привода в трехмоторных высококачественных магнитофо­ нах. В качестве ведущего двигателя также можно рекомендовать трехскоростной гистерезисный двигатель ДМ-3. Широко! распространенный асинхронный двигатель ДМ-2, имея две частоты вращения, приемлемые габариты и потребление, в настоящее время не используется в высоко­ качественной аппаратуре, так как не обеспечивает строго кратное из­ менение скорости ленты из-за разной величины скольжения ротора при разных частотах его вращения.

Из приведенных в табл. 4 типов двигателей переменного тока наи­ большее распространение в одномоторных конструкциях получили

64

двигатели серий ЭДГ, АД, КД. Для кассетных аппаратов и магнито­ фонов с автономным питанием следует рекомендовать двигатели посто­ янного тока типов ДКС, ДКМ и т. д., специально разработанные для аппаратуры магнитной записи.

Необходимо помнить, что вибрации, создаваемые двигателем, не только увеличивают уровень акустического шума, но вызывают вибрацию ведущего вала относительно платы механизма. Это может привести к колебаниям скорости ленты. При установке двигателя

Рис. 32

на плате механизма принимают меры для уменьшения этих вибраций за счет амортизации — крепят через резиновые или текстолитовые втулки. Двигатели постоянного тока обязательно заключают в экраны из пермаллоя или стали. Крепление их внутри экрана достигается про­ кладками из пористой резины или поролона. На рис. 31 приведен при­ мер крепления двигателя с экраном при вертикальном его размещении резиновыми амортизационными втулками, а на рис. 32 — горизонталь­ ное крепление — металлической скобой.

Г л а в а 4. ПОДАЮЩИЕ, ПРИЕМНЫЕ УЗЛЫ И ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА

Назначение, принцип работы и требования. Подающие и приемные узлы служат для крепления накопителей ленты (катушек или кассет), осуществляют намотку, натяжение ленты с постоянным или близким к постоянному усилием (при рабочих режимах), обеспечивают пере­ мотку ленты в обе стороны (по вспомогательным режимам), а также производят остановку ленты при переходе с режима на режим или при выключении магнитофона. Подающие и приемные узлы имеют, как пра­ вило, одинаковую или почти одинаковую конструкцию.

Катушки устанавливаются на подкатушечниках, закрепленных не­ посредственно на валах подающего и приемного двигателей в трехмо-

торных конструкциях или на осях собственно подающего и прием­ ного узлов в одномоторных или двухмоторных конструкциях. В пос­ леднем случае момент вращения передается подкатушечннкам от привода ЛПМ посредством систем передач вращения с использова­ нием, как правило, различного рода фрикционных муфт.

Особенности работы подающих и приёмных узлов в рабочем режиме. Как указывалось в общем случае при постоянном моменте на осях подающего и приемного узлов, натяжение ленты зависит от радиуса намотки ее в рулоне, т. е.

Пм

г= — .

г

По мере намотки ленты в рулон (или сматывания) радиус намотки меняется, что приводит к изменению силы натяжения. Как было пока­ зано, необходимо стабилизировать натяжение ленты как в рабочих, так и в вспомогательных режимах. Под стабилизацией будем понимать не только поддержание постоянства натяжения ленты с высокой точ­ ностью, но и ограничение возможного изменения ее натяжения в не­ которых допустимых пределах, обусловленных как величиной остаточ­ ной деформации ленты, так и конкретной конструкцией ЛПМ. Обыч­ но допустимые изменения натяжения ленты в рабочем режиме для лент шириной 6,25 мм нормальной толщины 0,7— 1,5 Н (~70 — 150 гс) для профессиональных магнитофонов, работающих без лентоприжимов. При использовании тонких лент верхний предел изменения натяжения уменьшается до 0,9—1 Н (~90 — 100 гс).

В бытовых магнитофонах с использованием лентоприжимов натя­ жение ленты выбирается еще меньше и лежит в пределах 0,2—0,8 Н (-20—80 гс).

Несмотря на то, что современные ленты могут выдерживать до дости­ жения пределов текучести нагрузки до 15—40 Н ( ~ 1500—4000 гс), увеличение нагрузок как в рабочих, так и во вспомогательных режимах не должно быть больше 1,5—2 Н (150—200 гс), так как уже при этих нагрузках край ленты при взаимодействии его с направляющими эле­ ментами начинает пластически деформироваться. Для лент шириной 3,81 мм эти цифры должны быть уменьшены в два-три раза.

Способность подающего и приемного узлов поддерживать постоян­ ство натяжения ленты оценивается так называемым характеристи­ ческим коэффициентом N:

мни

где /"макс, /""мин — соответственно максимальная и минимальная силы натяжения в пределах рулона ленты.

Для реализации принципа «идеального» протягивания ленты не­ обходимо, чтобы N — I. При постоянном моменте вращения на осях подкатушечников натяжение ленты изменяется обратно пропорцио­ нально радиусу рулона. Поэтому можно считать, что характеристи-

66

ческий коэффициент в этом случае равен:

г мин

Кроме того, необходимо иметь в виду, что угловая скорость враще­ ния подающего и приемного узлов со при постоянной линейной ско­ рости движения ленты V, задаваемой ведущим узлом, должна меняться в зависимости от радиуса намотки рулона /', так как:

При постоянном моменте вращения, для того чтобы обеспечить изменение угловой скорости по мере намотки или сматывания ленты, используют различного рода фрикционные муфты, работающие с про­ скальзыванием, или двигатели со специальными характеристиками.

Наибольшее распространение в бытовых конструкциях получили фрикционные муфты сухого трения. Для создания момента вращения на выходном (ведомом) диске фрикционной муфты, работающей с ис­

Как известно, величина сил сухого трения практически не зависит от скорости. Поэтому в первом приближении можно считать, что фрик­ ционные муфты передают постоянный момент вращения,независящий от скорости соп р проскальзывания. Изменение величины момента вра­ щения, передаваемого фрикционной муфте, может достигаться измене­ нием силы осевого давления. Изменяя силу осевого давления, можно осуществить режим работы муфты без проскальзывания, который в ря­ де конструкций используется в режимах ускоренных перемоток.

Изменяя силу осевого давления, можно также обеспечить управле­ ние моментом вращения по определенному закону. Последнее осуще­ ствляется тогда, когда муфта включается в следящую систему автома­ тического регулирования натяжения ленты.

Взависимости от конструкции ЛПМ подающий и приемный узлы

врабочих режимах могут иметь постоянный или регулируемый момент вращения. При этом меняются условия работы и степень стабилизации натяжения ленты. С постоянным моментом вращения работают подаю­ щие и приемные узлы трехмоторных магнитофонов, в которых не ис­

пользуются следящие системы для стабилизации натяжения ленты, и ряд одномоторных и двухмоторных конструкций с фрикционными муфтами проскальзывания. Эти муфты могут быть либо конструктив­ но объединены с подающим и приемным узлами, либо представлять собой отдельный узел, включаемый в систему, передающую момент вращения боковому узлу.

Ограничение изменения силы натяжения ленты при постоянном мо­ менте вращения на оси подающего и приемного узлов можно достигнуть

выбором максимального г м а к с и минимального гшт радиусов намо­ тки ленты, т. е. при заданной длине ленты соответствующим выбором диаметра сердечника катушки. Обычно при использовании стан­ дартных катушек и кассет N — 1,5—3.

В реальном механизме к силе натяжения ленты, обусловленной работой подающего узла, как было показано, добавляются некоторые постоянные составляющие силы натяжения, возникающие при взаимо­ действии ленты с направляющими и обводными стойками, лентоприжимами и т. д. Отдельные составляющие дополнительных сил могут ме­ няться от начала к концу рулона вместе с изменением, например, угла

Рис. 33

обхвата стойки лентой. Если стойка расположена таким образом, что при уменьшении диаметра намотки угол обхвата стойки лентой умень­ шается (рис. 33, а), это может добавить к силе натяжения, увеличиваю­ щейся с уменьшением радиуса рулона, дополнительную уменьшаю­ щуюся составляющую силы. В результате можно достигнуть некото­ рого выравнивания силы натяжения. При конструировании это надо учитывать. Однако практическое использование способов стабилиза­ ции натяжения ленты за счет соответствующего расположения стоек не применяется. Объясняется это тем, что в процессе износа направляющих стоек изменяется угол их обхвата. Кроме этого в тракт движения ленты приходится вводить дополнительные стойки, что усложняет заправку ленты. Если дополнительная составляющая силы трения получается достаточно большой по сравнению с основной со­ ставляющей, то возникает опасность образования петель при пуске и остановке.

Возможен режим (иногда применяется в простейших конструкциях), когда подающий узел не участвует в натяжении ленты. При этом натяжение ленты достигается за счет сил трения, возникающих при прижиме ее к обводному ролику фрикционным прижимом, укреплен­ ным на рычаге (рис. 33, б), или между головками и лентоприжимами, Тогда подающий узел — это свободно вращающийся на оси подкатушечг ник. В режиме же обратной перемотки усилие передается непосредг ственно ободу подкатушечника.

В большинстве современных магнитофонов используются специ­ альные устройства, обеспечивающие стабилизацию натяжения ленты с высокою степенью точности. Это по существу система автоматиче-

68

ского регулирования величины вращающего момента на оси подкатушечника, работающая в зависимости от изменения натяжения ленты. Сточки зрения теории автоматического регулирования системы стаби­ лизации натяжения ленты можно разделить на системы с разомкнутой цепью регулирования, т. е. без обратной связи (регулирование по воз­ мущению), и на системы с замкнутой цепью регулирования, т. е. с обратной связью (регулирование по отклонению регулируемой ве­ личины от заданного ее значения).

Работа систем с разомкнутой цепью регулирования основана на том, что основной причиной изменения натяжения ленты считают изменение

Рис. 34

радиуса намотки ее в рулон. Поэтому, изменяя соответствующим об­ разом величину вращающего момента в зависимости от изменения ра­ диуса намотки, можно поддерживать величину силы натяжения по­ стоянной. Устройство, задающее закон регулирования момента враще­ ния на осях подкатушечников, должно иметь датчик, фиксирующий величину радиуса намотки.

Системы регулирования по конструктивному выполнению могут быть чисто механическими или электромеханическими. Измерение ра­ диуса рулона осуществляется датчиком прямо или косвенно.

Примером конструкции датчика, непосредственно измеряющего радиус рулона, может служить рычаг, поворачивающийся относительно неподвижной оси и соприкасающийся с рулоном ленты (рис. 34, а). При изменении радиуса намотки изменяется угловое положение ры­ чага. Оно преобразуется (например, при помощи потенциометра) в управляющее напряжение, которое усиливается и управляет двига­ телем подающего или приемного узла. Такая схема является приме­ ром электромеханической системы управления.

Датчики косвенного слежения бывают различного типа. Напри­ мер, одни из них отслеживают изменение радиуса рулона путем механи­ ческого измерения углового перемещения ленты, поступающей на ка­ тушку или с нее, и представляют собой рычаг с роликом, прижимаемым пружиной к ленте (рис. 34, б). В других конструкциях измеряется угловая скорость подающего или приемного узла, ибо последняя при постоянной скорости движения ленты однозначно связана с ра­ диусом намотки. Для этого наносят «оптические» или «магнитные» метки

69