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

на окружность диска, установленного на подающем или приемном узле (рис. 33, в). По частоте следования импульсов судят об угловой скорости и радиусе намотки ленты.

Работа систем следящего привода оценивается точностью под­ держания среднего натяжения ленты и измеряется в процентах. Рассмотренные электромеханические системы нашли некоторое рас­ пространение в профессиональной аппаратуре, однако в бытовых и любительских магнитофонах они практически не используются. Объясняется это тем, что наличие датчиков в виде рычагов усложняет заправку ленты, а оптические и магнитные датчики существенно услож­ няют электрическую часть магнитофона. Точность стабилизации на­ тяжения ленты в таких системах получается достаточно высокой — 10—15%. Они проще, чем системы с замкнутой обратной связью, и не склонны к автоколебаниям.

В бытовых промышленных и любительских одномоторных и двух­ моторных магнитофонах наиболее широкое распространение получила система автоматического натяжения ленты с использованием так на­ зываемых весочувствительных фрикционных муфт. Это полностью механическая разомкнутая система автоматического регулирования,

вкоторой слежение за радиусом намотки ленты осуществляется кос­ венно по весу рулона. Последний пропорционально изменяется с его радиусом. Несмотря на то, что точность стабилизации натяжения ленты

втаких системах невысокая, простота конструкции обеспечивает вы­ сокую надежность ее работы. Отсутствие в тракте движения ленты различного рода датчиков упрощает заправку ленты. К недостаткам

весочувствительных систем относится то, что они работают только при определенном положении ЛПМ относительно поля земного тяготе­ ния, т. е. при горизонтальном положении магнитофона. Подробно конструкции узлов с использованием весочувствительного принципа будут рассмотрены ниже.

Система автоматического натяжения ленты с замкнутой обратной связью также управляется различного рода датчиками, но реагируют они на отклонение регулируемой величины, т. е. отклонение натяжения ленты от заданного номинального значения. Такой датчик представ­ ляет собой измерительный рычаг, к которому приложена равнодей­ ствующая сила натяжения ленты. В зависимости от натяжения ленты изменяется угловое положение рычага. Рычаг связывают с оптическим или потенциометрическим датчиком, который преобразует его переме­ щение в электрический сигнал ошибки. Сигнал ошибки усиливается и поступает на устройство, регулирующее напряжение на двигателе.

Наибольшее распространение в настоящее время в бытовых маг­ нитофонах находят чисто механические системы с замкнутой обратной связью. Работа таких следящих систем не зависит от положения магни­ тофона. В них угловое положение.измерительного рычага преобразуется в силу осевого давления фрикционной муфты, которая управляет вели­ чиной передаваемого момента. Такие системы позволяют осуществить поддержание среднего натяжения ленты с точностью до нескольких процентов.

70

Однако следует иметь в виду, что датчики следящей системы свя­

действия система начинает совершать колебания на собственной частоте.

Особенности работы подающих и приемных узлов в режимах уско­ ренных перемоток. Для оперативности работы лента перематывается со скоростью, во много раз превышающей скорость в рабочем режиме. При этом натяжение ленты не только меняется в зависимости от ради­ уса ее намотки, но и в большой мере зависит от таких переменных фак­ торов, как изменение сил аэродинамического сопротивления, сил инерции, коэффициента трения в подшипниках и т. д. При высоких скоростях в большей мере сказывается изменение величины силы натя­ жения, вызываемое эксцентричностью рулона, приводящее к возникно­ вению в ленте собственных колебаний. Резонансные явления приводят как к продольным колебаниям ленты, приводящим к необратимым ее деформациям, так и к поперечным, смещающим отдельные витки ленты по торцу рулона. Выступающие витки не только могут быть повреждены чисто механическим путем при работе с лентой, но также и при ее хранении, так как воздействие внешних факторов (температуры, влажности и т. д.) на рулон в целом и на отдельные выступающие вит­ ки будет различным. Особенно это сказывается на тонких лентах, ко­ торые находят все большее распространение.

Поэтому стремятся к тому, чтобы сила натяжения ленты при пере­ мотках как и в рабочих режимах не изменялась в зависимости от ее количества на рулонах. При этом не только уменьшаются механические воздействия на ленту, но и улучшается качество намотки ее в рулон, т. е. плотность намотки в различных его частях получается одинаковой. Однако в большинстве конструкций это условие не выполняется, что приводит к различному качеству намотки ленты в рулоне при перемот­ ках и рабочем режиме. Рассмотрим возможные режимы работы подаю­ щих и приемных узлов.

Узлы, работающие с постоянным моментом вращения. Такие узлы используются в большинстве конструкций любительских одномотор­ ных и двухмоторных магнитофонов. В этом случае узел, выполняющий функции приемного, имеет жесткую связь с ведущим двигателем и вра­ щается с постоянной угловой скоростью. В связи с тем, что двигатель имеет жесткую механическую характеристику, момент на оси подкатушечника приемного узла также постоянен. Для обеспечения высо­ кой скорости перемотки вращение вала приемного узла осуществляется через ременную или фрикционную передачу с соответствующим пере­ даточным числом. Учитывая, что в большинстве подающих и приемных, узлов применяются фрикционные муфты, работающие с проскальзы­ ванием в основных режимах, передача постоянного момента к подкгтушечнику в режиме перемотки производится следующими способами.

При использовании управляемых фрикционных муфт вводят

71

жесткую связь ведомого и ведущего дисков муфты, а момент вращения от двигателя передается ее ведущему диску (последовательная схема передачи вращения).

Если фрикционная муфта не управляемая, то момент вращения мо­ жет передаваться непосредственно ведомому диску муфты по допол­ нительной, отличной от рабочего режима ветви передачи вращения (параллельная схема). Лента натягивается подтормаживанием узла, с которого она сматывается, например, фрикционным прижимом. При этом момент противовращения можно считать постоянным. Чтобы лента совершала поступательное движение, система выполняется неуравно­ вешенной, т. е. силы натяжения, воздействующие на ленту от прием­ ного и подгющего узлов, должны быть различными, для чего величина момента вращения на приемном узле в несколько раз превышает момент прстивовращения. При таком способе перемотки скорость ленты и ее натяжение меняются в значительных пределах.

Узлы, работающие с управляемым моментом вращения. Для того чтобы исключить недостатки, присущие предыдущему способу, в со­ временные бытовые магнитофоны все чаще вводят следящие системы, поддерживающие натяжение ленты постоянным и при перемотках. Система стабилизации натяжения ленты, работающая в режимах

и разомкнутые системы регулирования. Работа подающего и приемно­ го узлов с разомкнутой следящей системой регулирования, использую­ щей весочувствительный принцип, происходит следующим образом. Как и в предыдущем случае на узел, наматывающий ленту, переда­ ется постоянный момент вращения. Момент противовращения пода­ ющего узла зависит от веса ленты. Натяжение ленты в какой-то степени стабилизируется за счет изменения силы натяжения по мере уменьшения веса рулона подающего узла. Однако при больших ско­ ростях перемотки суммарный момент, приложенный к рулону с лентой, начинает существенно зависеть от скоростей вращения подающего и при­ емного узлов и меняется в широких пределах, что приводит к ошибкам регулирования. Поэтому в большинстве конструкций с весочувствительными муфтами качество намотки ленты в рулон при рабочем ходе и при перемотках различное.

Замкнутые системы регулирования, отрабатывая величину отклоне­ ния натяжения ленты от заданной путем измерения ее натяжения, ком­ пенсируют величину вращающего момента, учитывая при этом все возмущения, вносимые в динамику движения ленты. Для того чтобы обеспечить более высокую скорость перемотки, натяжение ленты умень­ шают в несколько раз по сравнению с натяжением при рабочих режи­ мах. Подающие и приемные узлы с управляемым моментом вращения применяются в двухмоторных, . одномоторных и трехмоторных кон­ струкциях. Внедрение механических следящих систем в бытовую аппаратуру обусловлено не только тем, что удается добиться более стабильного движения ленты при рабочем ходе, но и значительно улуч­ шить качество намотки при ускоренных перемотках.

72

Узлы, работающие с непостоянным и нерегулируемым моментом вращения. В трехмоторных ЛПМ при перемотке ленты на двигатель

системы, управляющие работой двигателей, то, как показывает анализ, постоянство момента вращения в такой системе не обеспечивается. Это кратко можно объяснить следующим. В режиме перемотки угловые скорости приемного и подающего узлов не ограничены постоянной ли­ нейной скоростью ленты, как в рабочем режиме, а изменяются в широ­ ких пределах. При этом приходится иметь дело со сложной динамической системой, в которой с изменением радиуса намотки изменяются моменты инерции приемного и подающего узлов, проявляются в большей мере аэродинамические эффекты, изменяются коэффициенты трения в под­ шипниках и т. д. Поэтому момент вращения также меняется в широких пределах, вызывая изменение скорости и натяжения ленты.

В зависимости от конструктивного оформления приемные и подаю­ щие узлы выполняют в виде законченных или встроенных конструкций. По наличию или отсутствию собственного привода приемные и подаю­ щие узлы различают с непосредственным (активные) и косвенным (пассивные) приводом.

Приемный и подающий узлы должны удовлетворять следующим основным требованиям:

—осуществлять сматывание и накопление ленты в рабочих режимах

ипри ускоренных перемотках;

—осуществлять постоянное или близкое к постоянному натяжение

ленты независимо от ее количества на катушках, или в кассете как

врабочих режимах, так и при ускоренных перемотках;

—допускать удобное и быстро съемное крепление катушек или кассет;

—обеспечивать работу механизма в любом положении (требование желательное); для репортажных и бытовых носимых магнитофонов обязательно обеспечивать работу механизма в любом положении и при движении;

— обеспечивать время перемотки не более 3—4 мин для катушечных

ине более 1,5 мин для кассетных магнитофонов;

—иметь достаточный пусковой момент, обеспечивающий быстрый набор скорости при перемотках ленты; передавать достаточный момент, чтобы опеспечить плотную и ровную по торцу намотку ленты на катуш­ ке во всех режимах работы;

—иметь тормозные устройства (требования к ним будут сформу­

— работать без шума и вибраций и не являться источником механи­ ческих помех, вызывающих неравномерное движение ленты и ее дефор­ мацию; иметь минимальные радиальные торцевые биения посадочных поверхностей, устройств для установки катушек или кассет;

73

' — не являться источником электромагнитных помех, т. е. обладать минимальными полями рассеяния; не нагреваться более +80 С С при при­ менении в них электромагнитных муфт и электродвигателей;

предназначены для работы только в горизонтальном или в любом по­ ложении. Типовая конструкция подкатушечника магнитофона, рабо­ тающего только в горизонтальном положении, приведена на рис. 35, а. Подкатушечник представляет собой диск со штырем в центре, форма сече­ ния которого совпадает с посадочным отверстием катушки. Сцепление ка­ тушки сподкатушечником осуществляется при помощи ребер на штыре.

Несколько конструкций подкатушечников для магнитофонов, рабо­ тающих в вертикальном положении, даны на рис. 35 б, в и г. В конструкции, показанной на рис. 35, б, ограничение перемещения катушки в вертикальном направлении достигается тем, что после уста­ новки ее на штырь сверху надевается резиновый замок 1 с армированной в нем кольцевой пружиной 2, которая входит в зацепление с проточкой 5 на штыре. За счет упругих свойств резины нижняя часть кольца надеж­ но прижимает катушку к основанию, исключая любое ее перемещение. Наличие отдельной съемной детали — существенный недостаток кон­ струкции. Кроме того, резина со временем высыхает, трескается и те­ ряет эластичность. Такие подкатушечники широко применялись в маг­ нитофонах фирм «Akai», «Sony» и др.

На рис. 35, в пружина / является элементом, через который враща­ ющий момент передается катушке. В то же время за счет давления пру­ жины на стенку паза в основании катушки исключается ее перемещение в вертикальном направлении. Эта конструкция получила довольно широкое распространение. Она использована, например, в магнито­ фонах «Весна-2», «Комета МГ-206» и т. д. Преимущество такого подка­ тушечника в простоте конструкции, а недостаток — изменение свойств пружины во времени и отсутствие вертикального прижима катушки к основанию подкатушечника, вследствие чего катушка может устанав­ ливаться с небольшим перекосом. Иногда вместо пружины применяют шариковый фиксатор.

На рис. 35, г показана типовая конструкция подкатушечника, лишенная указанных недостатков и нашедшая самое широкое приме­ нение в современных магнитофонах. Как видно из рис. 35, г, подкату­ шечник представляет собой разъемный направляющий штырь с реб­ рами, верхняя часть которого может поворачиваться на оси 1 и прижи­ маться к нижней пружиной. В положении, показанном на рис. 35, г, слева производится установка катушки, при этом поворот верхней части штыря вокруг оси ограничивается фигурным углублением 2. После установки катушки (рис. .35, г, справа) верхнюю часть штыря поворачивают вокруг оси таким образом, чтобы ее фигурный выступ большего размера вошел в зацепление с таким же вырезом в нижней части штыря. Нижние кромки ребер верхней части штыря надежно прижимают катушку к основанию подкатушечника.

74

*5S

Рис. 35

Подкатушечники обычно изготавливают из различных пластмасс путем прессования или литья, из алюминиевых сплавов и т. д. В лю­ бительской практике подкатушечники вытачивают, а выступы на шты­ ре фрезеруют. Закрепляют подкатушечники на осях с помощью сто­ порных винтов, путем запрессовки и т. д. Изготавливать и закреплять их следует так, чтобы радиальные и торцевые биения были минималь-

Рис. 36 \

ными. Допустимая величина биений не должна превышать 30—50 мкм. Чистота обработки посадочной плоскости должна быть не ниже V 5—6.

на рис. 36, а показана плата ЛПМ магнитофона «ТС-50» фирмы «Sony». На этом же рисунке приведены конструкции подающего и приемного

76

узлов. Штыри 4 являются направляющими. Они обеспечивают пра­ вильное расположение кассеты относительно ведущего вала. Флан­ цы в нижней части этих штырей фиксируют кассету в вертикальном положении. Штыри 5 также служат для ограничения перемещения кассеты в вертикальном направлении. Стойка / — дополнительный упор, исключающий перемещение кассеты в горизонтальном направле­ нии. Вращающий момент передается бобышкам, расположенным внутри

с внутренними выступами в бобышках. Пружинящая пластина 6 огра­ ничивает вертикальное перемещение кассеты. Приведенные на рис. 36, б расстояния между направляющими и ограничивающими штырями и ве­ дущим валом одинаковы для всех магнитофонов, использующих кассе­ ту типа МК.

На рис. 36, в приведена еще одна типовая конструкция подкатушечника, используемого в кассетных магнитофонах «ТС-100» фирмы «Sony»,

на оси 4 приемного или подающего узла. При этом, если бобышка кассеты своим выступом попадает на ребро шпинделя /, то он опуска­ ется вниз (по рисунку) по шестигранному основанию. При работе шпин­ дель поворачивается относительно выступов бобышки и под действием пружины 3 перемещается вверх, входя в зацепление с бобышкой.

Направляющие и ограничивающие штыри изготавливают из стали, латуни; пружины, пластины, ограничивающие перемещение кассеты в вертикальном положении,— из бронзы, стали. Ведущие шпиндели с ребрами выполняют из различных пластмасс, фторопласта, капро- лона путем литья или прессования. В любительской практике их можно сделать из алюминиевых сплавов марок В-95, В-16 и т. д.

Приемные и подающие узлы с непосредственным приводом (актив­ ные узлы). Активные подающие и приемные узлы выполняют, как правило, в виде законченных конструкций. Они представляют собой двигатели, на валах которых укреплены подкатушечники. В состав активных узлов входят и тормозные устройства. Такие узлы исполь­ зуются в трехмоторных механизмах. В качестве двигателей подающих и приемных' узлов применяют двигатели с мягкими механическими характеристиками. При рабочем режиме на двигатель приемного узла, который осуществляет намотку ленты, подается номинальное напряже­ ние, а на двигатель подающего узла — пониженное, причем направле­ ние его вращения выбирается противоположным. Двигатель с мягкой механической характеристикой в какой-то мере напоминает фрикци­ онную муфту. Обычно максимальная частота вращения рулона с лентой составляет несколько оборотов в секунду. Частота же вращения поля статора двигателя обычно составляет десятки оборотов в секунду в зависимости от типа двигателя. Таким образом в двигат.еле так же, как и в фрикционной муфте происходит угловое проскальзывание

77

ротора, на котором установлен подкатушечник, относительно поля статора.

На рис. 30 показана область А изменения скорости ротора двигателя приемного узла, работающего в режиме намотки. Из рисунка видно, что изменение величины момента на оси ротора в области рабочих скоростей относительно мало, т. е. можно считать, что активный узел работает с постоянным моментом. Отсюда следует, что натяжение лен­ ты при рабочем ходе будет изменяться. Как указывалось, при уско­ ренных перемотках величина момента не остается постоянной, что приводит также к изменению натяжения ленты. Стабилизации натяже­ ния ленты в трехмоторных механизмах можно достигнуть применением следящих систем, рассмотренных выше.

Преимуществом активных подающих и приемных узлов следует считать высокую надежность их работы, простоту конструкции, про­ стоту управления такими узлами при переводе механизма в различные режимы работы. Последнее осуществляется чисто электрическим спо­ собом путем изменения величины питающих напряжений и реверси­ рованием двигателей за счет изменения схем их включения. Ограни­ чение величины натяжения ленты достигается, как правило, выбором соответствующих размеров начального диаметра катушки и конечного диаметра рулона ленты. Изменение силы натяжения в 1,5—2,5 раза можно считать вполне допустимым. Реальные величины сил натяжения ленты в рабочих режимах для лент нормальной толщины составляют 0,7—1,5 Н ( ~ 70—150 гс).

Выбор двигателя активных подающего и приемного узлов. Требо­ вания, предъявляемые к двигателям подающего и приемного узлов, в основном такие же, как и к ведущим двигателям. Однако в отличие от них двигатели подающего и приемного узлов должны иметь мягкую механическую характеристику, достаточно большой пусковой момент, необходимый для нормальной работы ЛПМ при любом соотношении ленты на катушках; иметь строго постоянный без колебаний в течение одного оборота вращающий момент (особенно на малых оборотах, порядка 300 об/мин и ниже).

• Наиболее полно этим требованиям отвечают асинхронные двигате­ ли с ротором в виде «беличьей клетки», имеющей большое омическое сопротивление, и, так называемые, «вихревые» двигатели со сплошным ротором, выполненным из чугуна или стали. Эти двигатели обладают достаточно высоким пусковым моментом. Кроме того, их вращающий момент не подвержен колебаниям, которые могут возникать, например, из-за наличия стержней в «беличьей клетке» в обычных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. В приемных и подающих узлах находят применение и электродвигатели постоянного тока, однако использовать их менее желательно, так как они являются ис­ точником как магнитных, так- и электрических помех. Кроме того, наличие щеток усложняет эксплуатацию магнитофона, она требует периодической их замены, чистки коллектора и т. д.

Основные технические данные двигателей, которые можно исполь­ зовать в подающих и приемных узлах, приведены в табл. 6.

78

При выборе двигателей подающего и приемного узлов так же, как и при выборе ведущего двигателя, необходимо учитывать их мощность и частоту вращения. Мощность этих двигателей определяется емкостью катушек, величиной силы натяжения ленты в процессе перемотки и скоростью перемотки.

Для определения требуемой мощности двигателей нужно найти величину вращающего момента наматывающего двигателя. Натяжение ленты в процессе перемотки выбирают порядка 0,5—0,8 Н ( ~ 50— —80 гс). Чтобы обеспечить такое натяжение ленты, подтормаживаю­

натяжение ленты в конце сматываемого рулона. При перепаде диамет­ ров рулона с лентой в N раз, сила F T i примерно возрастает до FT 2 —

= N • F T L .

Для того чтобы только уравновесить тормозящий момент подающе­ го узла, момент двигателя приемного узла при полной катушке должен быть равен:'

А для осуществления перемотки его необходимо увеличить в 1,5—2 раза. Обычно скорость ленты при перемотке выбирают от 1,5—2 до 5 м/с.

Можно считать, что для перемотки 500 м ленты нормальной толщины при скорости 5 м/с необходимая мощность на валу должна составлять 10—15 Вт, а для перемотки 250 м ленты при скорости 2 м/с — 3—5 Ёт.

Потребляемая мощность двигателей подающего и приемного узлов равна 25—100 Вт. Частота вращения этих двигателей на холостом хо­ ду для обеспечения необходимой скорости перемотки выбирается в пре­ делах от 750 до 2 000 об/мин.

79