Конструкции основных узлов лентопротяжных механизмов

ЛПМ в устройствах записи и воспроизведении звука

В конструкциях лентопротяжных механизмов широко применяют типовые элементы приборных устройств, такие, как электродвигатели, зубчатые и ременные (пассиковые) передачи, демпферы, регуляторы скорости, фрикционные муфты, тормозные устройства и др. Лентопротяжные механизмы в звукозаписывающих устройствах бытового и технического назначения служат для равномерного перемещения магнитофонной ленты, являющейся носителем информации, по магнитным головкам в процессе записи (воспроизведения), а также для ускоренной прямой и обратной ее перемотки. Существует большое разнообразие конструкций лентопротяжных механизмов.

Основными элементами конструкций ЛПМ являются ведущий узел, узлы подачи и намотки ленты, привод, включающий электродвигатели и передачу (зубчатую или пассиковую), тракт записи, состоящий из направляющих роликов и магнитных головок, органы управления. ЛПМ могут быть представлены следующими кинематическими схемами: с разомкнутой (рис. 1, а)и замкнутой (рис. 1, б)петлей. В механизме с разомкнутой петлей перемещение ленты 1 осуществляется ведущим валом 5 посредством прижимного ролика 6. Ролик прижимает ленту к валу для создания необходимой силы трения между ним и лентой. Ведущий вал, обеспечивающий постоянство скорости ленты, передает усилие только на участок ленты АВ, примыкающий к головкам.

Рис. 1

Натяжение этого участка ленты создается тормозящим моментом подающего узла 8; намотка ленты осуществляется приемным узлом 7. Направление движения ленты осуществляется роликами 2. Запись и воспроизведение звуковой информации производится головками 3 и 4. Наскорость перемещения ленты в рассматриваемой схеме ЛПМ влияют неравномерность вращения вала двигателя, неточность изготовления зубчатой (или ременной) передачи привода к ведущему валу, изменение натяжения ленты и другие причины. Поэтому в таких схемах необходимо применять дополнительные устройства для стабилизации скорости и натяжения ленты. В механизме с замкнутой петлей (рис. 1, б) ведущий вал 5 передает одинаковое усилие на оба участка ленты, расположенных до и после головок 3, 4 и свободного инерционного ролика 9. Достоинством этой схемы является более равномерное движение ленты, так как исключается влияние на ее скорость приемного 8 и подающего 7 узлов. При необходимости неограниченно длительного периодического воспро­изведения одной и той же звуковой информации применяют схемы ЛПМ с бесконечной, т. е. замкнутой, лентой (рис. 1, в).

Конструкции основных узлов лентопротяжных механизмов

Основными узлами ЛПМ являются узел ведущего вала, подающий и приемный узлы, приводы (двигатели, редукторы) с тормозными устройствами и электромагнитами, направляющие элементы и магнитные головки, органы управления. Опуская типовые элементы (двигатели, редукторы и др.), изложенные в соответствующих главах, рассмотрим конструкции специфических узлов ЛПМ.

Узел ведущего вала. Предназначается для перемещения ленты со стабилизированной средней и мгновенной скоростью. Он состоит из собственно ведущего вала и прижимного ролика. Вал устанавливается на шарикоподшипниках и получает вращение от привода. Стабилизация частоты вращения вала осуществляется посредством установленного на нем маховика. Диаметр ведущего вала рассчитывают по формуле d = 60 v_л / π n_в), где v_л — скорость перемещения ленты, мм/с; n_в — частота вращения ведущего вала, мин^-1. Его диаметр находится в пределах 5... 10 мм. Вал, изготовляемый из стали, обрабатывают термически; шероховатость его рабочей поверхности R_a ≤ 0,16 мкм.

Рис. 2

В процессе записи или воспроизведения звуколента 3 (рис. 2) протягивается прижимным роликом 2, вращаемым ведущим валом 1, с которым он контактирует в точках, лежащих за краями ленты. Ширина ленты b меньше длины l рабочей части вала и ролика. Ведущий вал 1 не может непосредственно смещать ленту 3 из-за малого коэффициента трения между их поверхностями. Поверхность прижимного ролика 2, ведущего ленту, покрывается резиной, полиуретаном или другим эластичным материалом для увеличения коэффициента трения до необходимого значения. Диаметр прижимного ролика выбирают из условия надежного протягивания ленты (d_p = 25...50 мм). Длину (мм) ролика принимают l = (1,5... 2,5) b для узких лент и l = b + (3...5) для широких лент. Толщина эластичного слоя на ободе ролика δ = 2...4 мм. Схемы установки прижимного ролика 1 относительно ведущего вала 2 показаны на рис. 3, а, б, а пример конструкции ролика, установленного на одном шарикоподшипнике, — на рис. 3, в. Сила прижатия ролика (рис. 3, б) к ведущему валу F = β F_c / (f cos α), где F_c — сила сопротивления протягиванию ленты; β — коэффициент запаса сцепления; принимают β = 2...3; f — коэффициент трения; α — угол, определяющий положение ролика относительно ведущего вала. Если сила F направлена к оси ролика (рис. 3, а), то α = 0 и F = β F_c / f.

Рис. 3

Существенное значение для нормальной работы ЛПМ имеет правильная установка прижимного ролика относительно ведущего вала. В общем случае отклонение Δ оси II ролика (рис. 4, а) можно рассматривать состоящим из непараллельности Δ_х в плоскости х осей и перекоса Δ_у осей в перпендикулярной плоскости у. Непараллельность Δ_х приводит к тому, что давление прижимного ролика на ведущий вал не одинаково вдоль линии контакта аb, что вызывает поперечное смещение ленты.

Рис. 4

При перекосе Δ_у максимальное давление в точке пересечения образующих поверхностей вала и ролика уменьшается к краям зоны давления. В этом случае также происходит смещение ленты в поперечном направлении. Уменьшение непараллельности и перекоса осей не всегда может быть достигнуто только путем повышения точности изготовления и сборки узла и, кроме того, связано со значительным повышением стоимости ЛПМ. Поэтому наиболее часто в конструкциях ЛПМ применяют устройства для регулирования положения оси ролика относительно оси ведущего вала. Примером может служить конструкция (рис. 4, б), в которой для уменьшения отклонений Δ_х и Δ_у предусмотрена возможность поворота обоймы 1 с роликом 2 посредством шариковой опоры 4 относительно детали 5 при ослабленных винтах крепления 3.

В магнитофонах применяют также самоустанавливающиеся прижимные ролики, как, например, на рис. 4, в, где рамка 1 с роликом 2 может свободно поворачиваться около оси у, уменьшая отклонение Δ_х до нуля.

Подающий и приемный узлы. Как правило, в технических устройствах используют ленты, длина которых значительно превосходит длину отрезка ленты в тракте лентопротяжного механизма. Поэтому в конструкциях ЛПМ предусматривают накопительные устройства в виде сердечников и катушек (ГОСТ 12796—77, 13275—67). Сматывание ленты с подающего узла осуществляется узлом ведущего вала. При этом лента должна находиться в натянутом состоянии, что препятствует образованию свободных петель ленты, приводящих к ее спутыванию, короблению и обрыву, а также может вызывать отклонения скорости движения ленты. Поэтому для создания натяжения ленты, исключающего появление петель, предусматривают торможение катушки с рулоном посредством тормозного устройства. Сила натяжения F_н ленты зависит не только от момента трения, действующего на катушки, но и от радиуса ρ рулона: F_H = М_тр / ρ. Так как радиус рулона по мере сматывания ленты меняется, то меняется и натяжение ленты в пределах F_Hmax… F_Hmin. Отношение F_Hmax / F_Hmin = k_x называют характеристическим коэффициентом подающего (или приемного) узла. Обычно принимают k_x = 1,5...2. В отдельных типах наматывателей k_x = 3...4; k_x > 4 не допускается.

Рис. 5

Конструктивная схема используемого для натяжения ленты колодочного тормоза показана на рис. 5. Пружина 5 посредством рычага 2 осуществляет прижатие тормозной колодки 3 с фрикционной прокладкой 4 к тормозному барабану 1. Момент трения М_тр, который необходимо получить посредством тормозного барабана, определяется в зависимости от требуемого натяжения F_H ленты и радиуса ρ рулона: М_тр = F_H ρ. Момент трения, создаваемый тормозом, зависит от силы натяжения F_np пружины, силы нормального давления на колодку F_n, коэффициента трения f между колодкой и тормозным барабаном и его размеров. Из рис. 5 следует, что F_n a – F_тр с – F_np(a + b = 0. Так как F_тр = F_n f, то F_n = F_np (a + b) (a – fc).

Отсюда

M_тр = F_n f r = F_np f d (a + b) / [2 (a – f c).

Зная М_тр и назначив f по материалам фрикционной прокладки на колодке и тормозном барабане, можно определить размеры тормоза d, а, b, с.

В приемном узле намотка ленты на катушку также должна осуществляться с определенным натяжением. Для нормальной магнитной ленты сила натяжения F_H = 60... 100 Н. В реальных ЛПМ получить постоянную силу натяжения весьма сложно. Колебание силы натяжения должно ограничиваться, так как ее уменьшение может привести к относительному скольжению витков рулона с появлением царапин на рабочей поверхности ленты, а увеличение сверх допустимого значения — к вытягиванию и деформации ленты. Основное требование к приемному узлу состоит в обеспечении постоянства средней скорости ленты, влияющей на ее натяжение. Из выражения v = ω ρ следует, что с увеличением радиуса ρ рулона при намотке ленты с постоянной скоростью v необходимо обеспечить соответствующее уменьшение угловой скорости вала 1 катушки. Это в реальных конструкциях достигается применением различных фрикционных устройств.

Рассмотрим одну из конструкций наматывателя (рис. 6, а), в которой между шкивом 3, вращающимся с постоянной угловой скоростью от приводного двигателя, и диском 2, закрепленным на валу 1 катушки, установлена фрикционная связь по кольцевой поверхности контакта, ограниченной радиусами r₁ и r₂.

Рис. 6

Трение по поверхности контакта создается силой F_np пружины 4. Значение силы пружины можно регулировать осевым смещением гаек 5. Момент трения по кольцевой поверхности

где f — коэффициент трения между трущимися поверхностями шкива и прокладки 6. При постоянной силе пружины момент трения также постоянен. Значение момента трения определяет силу натяжения ленты:

F_H = М_тр / ρ,

где ρ — текущий радиус рулона ленты. Наименьшее его значение в начале намотки равно радиусу сердечника приемной катушки, т. е. ρ _min = r_CK. В процессе намотки радиус рулона ρ (рис. 6, б) увеличивается и при длине l намотанной части ленты

где δ — толщина ленты; μ — коэффициент заполнения, учитывающий неплотность намотки. Обычно μ = 1,05... 1,10. При полностью намотанной ленте получим максимальное значение радиуса ρ _mах, если в формулу подставим полную ее длину L взамен l. Характеристика наматывателя рассматриваемого типа, определяемая полученным выражением, приведена на рис. 6, в. Из формул (см. выше) получаем

Отсюда характеристический коэффициент

где [ k_x ] — допускаемое значение.

При заданных L и δ

r_CK

Примеры конструкций лентопротяжных механизмов. Лентопротяжные механизмы с одним двигателем (одномоторные) имеют малые габариты и массу, так как у них вал двигателя связан с ведущим валом и валами дисков посредством зубчатых или ременных (пассиковых) передач и фрикционных муфт. Поэтому, а также учитывая, что они потребляют меньше энергии, их применяют в переносных, например бытовых, и репортажных магнитофонах. В одной из конструкций такого магнитофона (рис. 7, а) ведущий вал 2 является продолжением вала электродвигателя 1 и предназначается совместно с прижимным роликом 8 для протягивания магнитной ленты 5.

Рис. 7

Смещение прижимного ролика осуществляется электромагнитом 17. Для прижима ленты к головкам 6,7, 9 и 13 служат ролики 3, 4, 10 и 12. От этого же электродвигателя 1 посредством пассиков 11 и 14 и шкивов 16 и 18 передается вращение подающему 15 и приемному 19 узлам. В последних для обеспечения натяжения магнитной ленты 5 применены фрикционные муфты, как, например, муфта, показанная на рис. 7, б. Муфта служит для передачи вращения от полумуфты 1, являющейся ведущей, к полумуфте 2, соединенной с выступом 4 для установки кассеты с пленкой. При подаче питания катушке 3 возникает магнитный поток, притягивающий стальное кольцо 7, закрепленное на полумуфте 1 к диску 5 полумуфты 2. В результате появляется необходимый тор­мозной момент от сил трения между фрикционным кольцом 6 и полумуфтой 1, обеспечивающий вращение полумуфты 2 и натяжение ленты.

При повышенных требованиях к стабильности скорости ленты и надежности работы применяют трехмоторные ЛПМ. В таких магнитофонах (рис. 8, а) предусмотрены три асинхронных электродвигателя. Вращение вала 1 подающего узла и вала 5 приемного узла осуществляется двигателями 2 и 6 соответственно. Протягивание ленты производится посредством вала двигателя 4 и прижимного ролика 3, управляемого посредством электромагнита (см. рис. 7, а). Электродвигатель 6 предназначается для подмотки ленты в режиме «запись—воспроизведение». Для сохранения постоянства натяжения ленты используется двигатель с мягкой характеристикой, обеспечивающей уменьшение частоты его вращения с увеличением радиуса ρ рулона (см. рис. 6, б)при подмотке.

Рис. 8

В режиме обратной перемотки двигателем 2 прижимный ролик 3 отжат и окружное усилие на ленту от двигателя 4 не передается. Все три электродвигателя снабжены ленточными тормозами (см. рис. 8, б). Постоянство тормозного момента создается применением пружины 2. Регулировка тормозного момента производится винтом 3. Включение тормозов осуществляется электромагнитом 1.