Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Виброакустическая диагностика 16
1.1. Задачи и методы диагностики 16
1.2. Определение источников повышенной виброактивности аппаратуры 23
1.3. Технические средства вибродиагностики 30 Выводы 51
Глава 2. Диагностические модели узлов трения скольжения 53
2.1. Факторы, характеризующие состояние узлов трения 53
2.2. Вибрация узлов трения при непрерывном характере движения 58
2.3. Вибрация узлов трения при прерывистом характере движения 67
Выводы 81
Глава 3. Диагностические модели узлов трения качения 83
3.1. Контроль сопротивления вращению 83
3.2. Исследование момента трения "неидеального" подшипника 88
3.3. Влияние флуктуации момента трения подшипников на равномерность 93
3.4. Методика расчета момента трения в шарикоподшипниковых узлах роторных систем 98
3.5. Экспериментальное исследование вибрации и моментов сил трения подшипников и роторных систем 101
Выводы 125
Глава 4. Диагностика гибких носителей информации 129
4.1 Основные свойства, характеристика и условия применения носителей информации 129
4.2. Прочность носителей информации 139
4.3. Упругость кинопленок и магнитных лент 143
4.4. Экспериментальные исследования прочности и упругости гибких носителей информации 144 164
4.5. Методика линейного регрессионного анализа экспериментальных данных Выводы 171
Глава 5. Алгоритмы диагностирования механических систем аудио визуальной техники 174
5.1. Анализ сигналов вибрации 175
5.2. Анализ диагностических признаков методом кластерного анализа 210
5.3. Вибродиагностирование методом дискриминантного анализа 226 Выводы 235
Глава 6. Диагностика механизмов транспортирования по неравномерности движения носителей информации 239
6.1. Характеристика, условия применения и конструктивные особенности 239
механизмов транспортирования ленты видеооборудования 239
6.2 Методика диагностики качества МТЛ 247
6.3. Разработка измерительно-вычислительного комплекса диагностики
качества МТЛ
6.4. Экспериментальные исследования 253
Выводы 260
Заключение 262
Литература
- Определение источников повышенной виброактивности аппаратуры
- Вибрация узлов трения при непрерывном характере движения
- Методика расчета момента трения в шарикоподшипниковых узлах роторных систем
- Экспериментальные исследования прочности и упругости гибких носителей информации
Введение к работе
Актуальность проблемы и предмет исследования
Одним из важнейших свойств механических систем аудиовизуальной техники является ее надежность, которая закладывается в период разработки. Пути повышения надежности аудиовизуальной техники требуют комплексного решения ряда проблем, из которых важнейшими являются:
развитие научных основ проектирования аппаратуры с целью обеспечения заданных требований к надёжности;
принятие мер по совершенствованию методов конструирования;
улучшение технологии изготовления;
применение более надёжных и стабильных во времени материалов и комплектующих элементов;
развитие методов диагностирования;
использование методов, основанных на имитационном моделировании с помощью ЭВМ;
использование методов планирования и анализа эксперимента с применением статистических методов.
Для достижения указанной цели последовательно решаются следующие
вопросы: «г
1) определяются параметры, по которым целесообразно диагностировать
механические системы аудиовизуальной техники;
разрабатываются диагностические и в первую очередь вибродиагностические модели;
формулируются рекомендации по совершенствованию технических средств диагностирования.
Выполнение столь обширной программы исследований оказалось возможным лишь при использовании современной компьютерной техники.
Объектами диссертационного исследования являются механические системы (МС) транспортирования гибких носителей информации
киноаппаратуры и аудио- и видеомагнитофоне^ рис.1, 2), непосредственно гибкие носители информации, а также роторные системы (PC) этих устройств (рис. 3,4).
а)
Рис. 1. Схема (а) и конструкция (б) механизма транспортирования ленты видеомагнитофона
Качество изображения и звукового сопровождения аудиовизуальной техники (АВТ) определяется нестабильностью скорости движения носителей информации, которая, в свою очередь, зависит от моментов трения в кинематических парах механических систем и качества носителей информации. Поэтому исследуются узлы трения скольжения и качения при различном
характере движения носителей информации. Отдельно рассматриваются гибкие носители информации: кинопленки и магнитные ленты, а также материалы их подложки (основы) с учетом основной направленности работы на диагностирование и прогнозирование таких важных свойств, как прочность и упругость (жесткость).
vCHy
dfC
Рис. 2. Схема механизма транспортирования ленты в кинопроекторе
Рис. 3. Конструкция роторной системы жесткого диска
Рис. 4. Конструкция роторной системы проигрывателя CD дисков: а - со стороны CD диска; б - со стороны основных механических узлов
Актуальность работы заключается в повышении надежности механических систем аудиовизуальной техники за счет применения диагностических методов, которые позволяют оценить качество функционирования и выявить возможные отказы на стадиях проектирования, производства и эксплуатации МС АВТ и гибких носителей информации.
Из всех показателей качества МС наиболее критичными и проблемными для обеспечения стабильности являются их вибрационные параметры,
8 характеристики стабильности движения, параметры трения и другие
характеристики.
Таким образом, актуальна научная задача, решению которой и посвящена настоящая диссертационная работа: разработка теоретических основ и создание высокоэффективных методов и средств диагностирующего контроля, соответствующих тенденциям развития АВТ с регламентированным пониженным уровнем виброактивности, и диагностирование свойств гибких носителей информации.
Важность решения данной проблемы, имеющей большое народнохозяйственное значение, подтверждается следующими обстоятельствами:
для улучшения и обеспечения стабильности показателей качества МС АВТ и носителей информации на этапе их производства и эксплуатации необходимо использовать методологию системного подхода;
требуется разработать и внедрить методологию диагностирования МС АВТ и гибких носителей информации, обеспечивающую достоверность результатов контроля;
— необходимо создать теоретические и технические основы
автоматизированной системы стендовых испытаний МС на базе мониторинга
вибрационных процессов и разработки новых гибких носителей информации.
Наибольшее развитие теория и практика вибродиагностики механических систем получила в работах К.В. Фролова, Ф.Б. Баркова, С.А. Башарина, ЯШ. Вахитова, И.И. Вульфсона, М.Д. Генкина, В.П. Калявина, М.З. Коловского, К.В. Подмастерьева, В.И. Попкова, Б.П. Тимофеева, В.В. Шульца, Ю.П. Щевьева, А.К. Явленского, К.Н. Явленского, С. Cempel и других. Однако в этих работах не рассматриваются вопросы теоретического обоснования и разработки средств диагностирования виброактивности элементов АВТ с учетом погрешностей размеров и формы деталей и неоднородности физико-механических характеристик элементов МС и не решаются практические проблемы вибродиагностирования для этих систем.
9 Возможность использования кинетического подхода к описанию
механических характеристик материалов, используемых для производства кино- и фотоаппаратуры, отмечалась рядом известных ученых в области кино-и фототехники: СМ. Проворновым, П.М. Завлиным, А.Н. Дьяконовым, О.Ф. Гребенниковым, Н.Н. Коломенским, В.Л. Бронниковым. Однако применительно к кино- и фотоматериалам кинетическая концепция прочности и упругости должного развития еще не получила.
В настоящее время отсутствуют работы, содержащие комплексный подход к обеспечению требуемого уровня виброактивности МС АВТ, охватывающий разработку средств диагностирования и решение задач обеспечения их эффективного функционирования. Необходимость решения упомянутых теоретических и практических задач и предопределила актуальность темы диссертации и цель исследования данной диссертационной работы.
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы является разработка теоретических основ и создание методов и средств диагностирования МС АВТ, обеспечивающих высокий уровень эксплуатации и выпуск конкурентоспособной АВТ с гарантированным уровнем качества. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- развить научные основы проектирования МС АВТ с целью обеспечения
заданных требований к качеству функционирования;
разработать рекомендации по применению более надёжных и стабильных во времени материалов и комплектующих элементов;
развить методы анализа и диагностирования МС АВТ на основе имитационного моделирования с помощью ЭВМ, методов планирования и анализа эксперимента с применением статистических методов;
- выявить характеристики элементов АВТ, оказывающие доминирующее
влияние на уровень виброактивности и качество функционирования;
- разработать математические модели, описывающие зависимость
вибрационных процессов МС от виброактивности их элементов, создающие
10 предпосылки для решения прямой и обратной задач диагностики;
разработать методы и средства диагностирования МС по параметрам вибрации, контролируемой в процессе изготовления, стендовых испытаний и эксплуатации узлов АВТ;
разработать физические принципы диагностирования и прогнозирования свойств гибких носителей информации.
Методы и теоретические основы исследования
При проведении теоретических исследований использовались положения теории механизмов и машин, в особенности динамики механизмов и диагностики механических систем, теории вероятности и математической статистики. При разработке алгоритмов диагностирования использовались методы теории принятия решений, экспертных оценок и основы прикладной метрологии. Для качественного и количественного анализа достоверности разработанных моделей использованы методы компьютерного моделирования динамических процессов.
При исследованиях прочности и экспериментальном определении модуля Юнга гибких носителей информации использовали разрывную машину УМИВ-3, установку для измерения динамического модуля Юнга, а также ультразвуковой прибор УК-10 ПМ.
Научная новизна исследования
Предложено математическое описание характеристик МС, содержащих узлы трения и функционирующих при разном характере движения элементов.
Получены аналитические зависимости, связывающие динамические параметры (спектры вибрации, характеристики трения и другие характеристики) элементов МС с конструктивными параметрами, погрешностями размеров и формы деталей и вариациями физико-механических свойств элементов.
Разработаны модели диагностирования МС по уровню вибрационных характеристик, получены статистические характеристики и аналитические зависимости, связывающие диагностические признаки состояния МС с геометрическими и физико-механическими параметрами.
4. Обоснована физическая термофлуктуационная природа кинетики разрушения и упругого деформирования кинопленок, магнитных лент, а также материалов их подложек.
Практическая ценность работы
Полученные в работе результаты являются методологической основой, обеспечивающей выпуск АВТ гарантированного уровня качества. Их практическая ценность состоит в том, что они позволяют:
Разработать и внедрить методологию моделирования МС с учетом реальных конструктивных и технологических факторов.
Внедрить технологию диагностического контроля по вибрационным параметрам, характеристикам стабильности движения и параметрам трения.
Разработать средства диагностирования МС в процессе изготовления, мониторинга за техническим состоянием и стендовых испытаний.
4. Выполнять компьютерное моделирование и формировать
диагностические признаки. Создать информационные базы данных,
являющиеся основой для оценки технического состояния элементов МС, а
также для статистического анализа качества функционирования.
5. Разработать принципы синтеза и технологии материалов для гибких
носителей информации, наилучшим образом соответствующих условиям их
эксплуатации и хранения.
Реализация и внедрение результатов работы
Настоящее диссертационное исследование является результатом проведения научно-исследовательских работ в период с 1980 по 2004 г. при личном участии и под руководством автора (14 НИР), в том числе 2 в рамках Федеральной целевой программы «Культура России» по следующей тематике:
исследование погрешностей изготовления элементов опор на их вибрацию, моменты трения и вибродиагностирование технического состояния опор;
исследование вибрации и неравномерности вращения приводов, разработка методик их расчета и диагностирования;
исследование прочности и жесткости гибких носителей информации;
- исследование и диагностирование механизмов транспортирования
магнитной ленты аудио- и видеомагнитофонов;
- исследование и совершенствование механизмов транспортирования
киноаппаратуры.
Внедрение результатов работы
Разработанные модели, методики и комплекс технических средств использованы:
при разработке и усовершенствовании киноаппаратуры (СПбГУКиТ);
при производстве видеомагнитофонов (НИИБВ, г. Воронеж);
при разработке, изготовлении и эксплуатации автоматических линий для серийного производства подшипников гарантированного уровня качества, включая требования к уровню шума (АОЗТ ВПЗ, г. Вологда);
при поставке подшипников качения с повышенными требованиями к уровню шума (в Агентстве по реализации подшипников, г. Санкт-Петербург);
при проектировании, изготовлении и испытаниях двигателей приводов малой мощности с повышенными требованиями к стабильности частоты вращения, уровням вибрации и шума (ФГУП «ВНИИМЭМ», г. Санкт-Петербург);
в учебном процессе СПбГУКиТ.
В Информационно-библиотечном фонде Российской Федерации (ИБФ РФ) и в Фонде алгоритмов и программ высшей школы РФ (ФАП ВШ РФ) зарегистрированы следующие программные продукты:
1. Программы, включенные в
САПР радиальных шарикоподшипников, per. №50200000176;
САПР радиально-упорных шарикоподшипников, per. №50200000177;
САПР статистического регулирования технологического процесса изготовления подшипников, per. №50200000178 и внедренные в АОЗТ ВПЗ.
Система «Лента», per. №50200000174, включенная в программное обеспечение измерительно-вычислительного комплекса диагностирования МТЛ магнитофонов, внедренного в НИИБВ, г. Воронеж.
Программные модули вибродиагностики узлов трения:
при прерывистом движении фильмокопии (св. о регистрации №3130);
устройств аудиовизуальной техники (св. о регистрации №3129), используемых при имитационном моделировании МТЛ (СПбГУКиТ).
Разработаны и внедрены в производство 3 измерительно-вычислительных комплекса ИВК:
вибродиагностики качества подшипников (АОЗТ ВПЗ и Агентство по реализации подшипников, г. Санкт-Петербург);
диагностирования качества МТЛ видеомагнитофонов по неравномерности движения ленты (НИИБВ, г. Воронеж).
Осуществлено научное руководство тремя аспирантами. Все они успешно защитили кандидатские диссертации.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III научно-технической отраслевой конференции «Состояние и пути повышения надежности видеомагнитофонов» (Л., 1989 г.); научно-технических конференциях ЛИКИ (1990 - 1992 гг.); научно-технических семинарах ВНИИ электростандарт (1989 - 1992гг.); международной конференции «Вероятностно-физические методы исследования машин и аппаратуры» (Киев, 1990 г.); научно-техническом семинаре международного фестиваля электронных искусств «Классическое искусство в новой технологической среде» (СПб., 1996 г.); III всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (СПб., 1998 г.); международной конференции «Безопасность и экология Санкт-Петербурга» (СПб., 1999 г.); отраслевой конференции «Современные технологии в кинематографии» (СПб., 2004 г.).
Результаты исследований также внедрены в учебный процесс в Санкт-Петербургском государственном университете кино и телевидения.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Математические модели, описывающие зависимость параметров вибрационных процессов элементов МС и виброактивности АВТ от
погрешностей размеров и формы деталей, а также вариаций физякЬ-
механических свойств элементов.
Математические модели, создающие предпосылки для решения прямой и обратной задач диагностирования МС АВТ и их основных элементов: узлов трения, гибких носителей информации и т.д.
Методика диагностирования элементов МС по параметрам вибрации, контролируемой в процессе изготовления и стендовых испытаний.
Комплекс технических средств диагностирования элементов МС по уровню виброактивности в процессе их изготовления, стендовых испытаний и эксплуатации АВТ.
Методика оценки и прогнозирования механических свойств гибких носителей информации.
Публикации
По результатам диссертационных исследований опубликовано 73 научные работы, в том числе 1 монография, учебник с грифом Министерства образования Российской Федерации, научный труд . в соавторстве с Щевьевым Ю.П., 12 научных статей в журнале «Техника кино и телевидения», 22 статьи в научных сборниках, 4 учебных пособия. Получено 9 патентов и авторских свидетельств на изобретения, зарегистрировано в ИБФ и ФАП ВШ Российской Федерации 6 программных продуктов. Осуществлен перевод и научное редактирование труда Д. Вайнъярда «Постановка съемок кино- и видеофильмов» в соавторстве с А.И. Винокуром.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения, содержащего акты внедрения результатов диссертации в промышленности. Полный объем диссертации составляет 298 страниц и содержит 77 иллюстраций и 28 таблиц. Список литературы включает 171 наименование.
15 Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, формулируются цели, исследования, ставятся задачи, решаемые в процессе исследования и определяется их новизна.
В первой главе рассматриваются задачи, методы и технические средства виброакустической диагностики применительно к аппаратуре аудиовизуальной техники.
Вторая глава посвящена разработке математических моделей вибрации и вибродиагностики узлов трения скольжения при непрерывном и прерывистом характере движения и реализации их на ПЭВМ с использованием программы MATLAB-SIMULINK.
В третьей главе рассматриваются вибрации и моменты трения узлов трения качения. Приведены алгоритмы, методика расчета этих параметров. Показана возможность оценки моментов трения по вибрации узлов PC.
Четвертая глава посвящена исследованию гибких носителей информации: магнитных лент и кинопленок. Подтверждена правомерность использования термофлуктуационной теории для оценки и прогнозирования прочности и упругости гибких носителей информации при различных условиях эксплуатации.
В пятой главе приведен анализ диагностических признаков методом кластерного анализа, разработаны методики вибродиагностики, основанные на применении метода дискриминатнного анализа.
В шестой главе рассмотрены особенности механизмов транспортирования ленты аудио- и видеомагнитофонов. Обоснована методика диагностирования качества механических систем магнитофонов по неравномерности движения гибкого носителя информации. Разработан измерительно-вычислительный комплекс с использованием первичной информации детонометра.
В заключении изложены основные результаты проведенных исследований, даны рекомендации по их практическому применению.
В приложении представлены материалы, подтверждающие внедрение результатов работы.
Определение источников повышенной виброактивности аппаратуры
Определение причин изменения технического состояния объектов составляет содержание второй задачи диагностики.
Обычно изменение параметров отдельных подсистем аппаратуры в процессе ее эксплуатации приводит к увеличению вибрации и перераспределению энергии в спектре вибрации.
Поэтому наиболее простым методом обнаружения изменений технического состояния изделий является метод сличения спектра вибрации с эталонным, для которого на основании предварительных исследований указаны частотные диапазоны, в которых проявляются наиболее значимые погрешности МС.
Практическое решение задачи вибродиагностики с использованием метода сличения спектров достигается с помощью анализаторов спектров и ЭВМ, а также специализированных портативных анализаторов.
Однако для механизмов и устройств роторного и циклического действия применение метода сличения спектров бывает затруднительно из-за наличия большого числа составляющих, на которых могут проявляться различные источники вибрации. К этому классу могут быть отнесены зубчатые передачи и механизмы, шариковые подшипники, подшипники скольжения и другие. Характерной особенностью их является периодическое изменение жесткости в зоне контакта. В результате один и тот же источник вибрации, например погрешность изготовления элемента, создает возмущения не на одной частоте, а порождает целый спектр возмущений на комбинационных частотах.
Обычно насыщенный спектр вибрации бывает модулирован одной или несколькими частотами, что позволяет применить метод кепстрального анализа.
Кепстр позволяет локализовать энергию виброакустического сигнала, распределенную по множеству гармонических составляющих со в спектральном представлении, в одной или нескольких составляющих. При изменении технического состояния объектов наблюдается смещение локальных составляющих. По величине смещения локального пика кепстра производят диагностику изменений параметров источника вибрации.
Кепстральный анализ применяется для диагностики износа зубчатых колес [66, 75]. По мере увеличения износа пики кепстра смещаются в область более низких частот. Степень износа оценивают по значению коэффициента К : х изн К-зн = - юо%, т где тит.- параметры, характеризующие положение пиков кепстра при отсутствии износа (т ) и в і-й момент контроля вибрации аппаратуры.
Построение кепстра виброакустического сигнала может осуществляться с помощью цифровых анализаторов или специальной аналоговой аппаратуры, содержащей анализатор спектра мощности входного виброакустического сигнала, блок логарифмирования, 2-й анализатор спектра, линию задержки, стро-батор и интегратор, позволяющие построить кепстр. Формирователь эталонно 25 го сигнала, блок сравнения и индикатор предназначены для оценки смещения пика кепстра и вычисления коэффициента износа К [ 75].
Перспективным методом виброакустической диагностики в последние годы считается метод тестовой диагностики. Измерение вибрации аппаратуры в данном случае производят не в стационарных условиях, а при приложении к ней активного вибрационного воздействия (например, при установке аппаратуры на вибростенд). Амплитуда и частота вибрационных возмущений должны быть предварительно определены таким образом, чтобы они не изменяли характера взаимодействия элементов в кинематических парах. Изменение нагрузки элементов кинематических пар приводит к изменению их жесткости и, как следствие, к изменению резонансных частот, импедансных, фазовых соотношений и т.д. Исследователь получает дополнительную информацию о динамических свойствах системы, располагая спектрами вибрации изделия, полученными в стационарных условиях и при приложении вибрационного воздействия.
Этот метод получил широкое применение для диагностики типовых механизмов и устройств: зубчатых механизмов, подшипников, простейших роторных систем [1, 7, 57,66, 68, 74, 85,111, 118, 119,142,160,167].
Информационно-измерительные системы, реализующие этот метод диагностики, кроме системы измерения и анализа должны содержать модули задания и контроля вибрационных возмущений.
Наибольшую информативность о динамике и источниках повышенной виброактивности аппаратуры обеспечивает модальный метод. При модальном анализе изучаются динамические параметры: механический импеданс, подвижность и т.д. и связь их с геометрическими характеристиками изделий [66].
При диагностировании аппаратуры методом модального анализа предварительно определяют следующие параметры:
Вибрация узлов трения при непрерывном характере движения
Рассмотрим вопросы виртуального моделирования вибрации с помощью программы MATLAB-SIMULINK. Гибкая система моделирования с использованием SIMULINK образует инструмент для решения задач вибродиагностирования [76, 168, 41]. SIMULINK обеспечивает доступ пользователей ко всем основным возможностям пакета MATLAB. Блоки, включаемые в создаваемую модель, могут быть связаны как по информации, так и по управлению. Тип связи зависит от типа блока и логики работы модели. Данные, которыми обмениваются блоки, могут быть скалярными величинами, векторами или матрицами произвольной размерности.
Любая S-модель может иметь иерархическую структуру, то есть состоять из моделей более низкого уровня, причем число уровней иерархии практически не ограничено.
Наряду с другими параметрами моделирования пользователь может задавать способ изменения модельного времени (с постоянным или переменным шагом), а также условия окончания моделирования.
В ходе моделирования имеется возможность наблюдать за процессами, происходящими в системе. Кроме того, существует возможность включения в состав модели средств анимации.
Еще одно важное достоинство SIMULINK заключается в том, что он является открытой системой: состав библиотеки может быть пополнен пользователем за счет разработки собственных блоков.
Состояние системы описывается следующими уравнениями: dx/dt = Ах+ Bu; (2.8) У = Сх, (2.9) где х - переменная состояния; у - наблюдаемые параметры; А, В, С -матрицы, связанные с параметрами системы; и — возмущения, действующие на систему. Схема модели, описываемой уравнениями (2.8) и (2.9), представлена на рис. 2.2.
В данной модели можно имитировать ступенчатые или одиночные, гармонические и случайные воздействия. Характеристики этих воздействий представлены на рис.2.3 и 2.4. На виртуальном осциллографе (Scope) можно наблюдать динамический процесс в системе (рис.2.5).
Для аппаратуры записи и хранения информации узлы трения определяют качество функционирования всей системы. Вибрация и неравномерность движения является комплексной характеристикой качества конструкции, технологии и режимов работы.
В качестве системы, содержащей узлы трения, работающие при непрерывном характере движения, рассмотрим работу видеомагнитофона. В режиме „Запись" работа видеомагнитофона основана на принципе наклонно-строчной записи двумя вращающимися видеоголовками. Видеоголовки расположены на диаметрально противоположных частях вращающегося барабана (угол между осевыми линиями рабочих зазоров видеоголовок 180). Период вращения барабана равен периоду полного кадра ТВ сигнала. С помощью подвижных направляющих стоек магнитная лента охватывает барабан на угол, несколько больший 180 (рис.2.6). А направляющая блока видеоголовок, на которую опирается при движении край магнитной ленты, образует с плоскостью вращения видеоголовок угол около 6.
При определенных условиях возникают в таких системах колебания, которые известны как движение рывками. При этом могут возникнуть автоколебательные режимы.
Рассмотрим механизм стабилизатора натяжения магнитной ленты. В бытовых видеомагнитофонах (ВМ) обычно используются пассивные подающие узлы лентопротяжного механизма (ЛПМ), совместно с которыми применяются стабилизаторы натяжения ленты, пример которых представлен нарис.2.7[102, 63]
Стабилизатор натяжения ленты (механизм обратного натяжения) состоит из рычага натяжения, на котором установлена стойка пружины, и связанной с рычагом металлической ленты, контактирующей через приклеенную к ней фетровую полоску с тормозным диском, который находится на подающем узле МТЛ. При перемещениях рычага вправо или влево по схеме тормозной момент соответственно уменьшается или увеличивается.
В процессе работы МТЛ стабилизатор натяжения должен обеспечивать натяжение магнитной ленты 0,3...0,4 Н, что достигается регулировкой усиления пружины путем перемещения кронштейна ее крепления по основанию ЛПМ.
В установившемся режиме вращения подающего узла тормозной момент, создаваемый усилием пружины, и вращающий момент, создаваемый натяжением магнитной ленты, должны быть равны.
Устойчивость работы стабилизатора натяжения в основном зависит от постоянства силы трения в тормозном диске, т. е. эта сила не должна зависеть от угла вращения диска. В противном случае, например при нелинейной зависимости силы трения от угла поворота тормозного диска, что иногда возникает после продолжительной эксплуатации ВМ, стабилизатор натяжения может входить в режим автоколебаний. Автоколебания стабилизатора натяжения проявляются прежде всего в виде детонации в канале звукового сопровождения и указывают на необходимость технического обслуживания МТЛ.
В профессиональных видеомагнитофонах применяются активные системы автоматического регулирования (САР) натяжения ленты, обеспечивающие значительно большие точности стабилизации натяжения ленты.
Для системы, изображенной на рис.2.6, 2.7, за счет трения скольжения между ведущим элементом и лентой возникает эффект взаимодействия, который может приводить к колебаниям. Дифференциальные уравнения движения имеют вид:
Методика расчета момента трения в шарикоподшипниковых узлах роторных систем
В качестве объектов исследования были выбраны приборные радиально-упорные шариковые подшипники, обеспечивающие высокую точность вращения в широком частотном диапазоне. Они применяются в устройствах повышенной точности, например в гироскопических приборах, в устройствах блоков вращающихся головок (БВГ) видеомагнитофонов и другой аудиовизуальной технике.
С целью получения более общих выводов о характере влияния технологических погрешностей на момент трения и вибрацию были выбраны стандартные радиально-упорные шарикоподшипники типов 6-6023Е, 6-2076083Е, 6-6025Е, 6-1006095Е, 6-6100Е, применяемые в гиродвигателях, синхронных электрических машинах привода БВГ, асинхронных двигателях типа ДАТ и других устройствах.
Испытания осуществлялись на установке, позволяющей проводить одновременное измерение момента трения и вибрации[143, 153].
Принцип действия установки состоит в том, что при определенной угловой частоте вращения внутреннего кольца подшипника увлечение наружного кольца за счет трения в подшипнике (момент трения) и механические колебания наружного кольца (вибрация) преобразуются с помощью датчиков в элек трический сигнал, который подается на измерительную и регистрирующую аппаратуру.
Установка представляет собой сложную взаимосвязанную систему механических и электрических приборов, обеспечивающих: эксплуатационные условия работы подшипника (вращения колец, осевые и радиальные нагрузки); всесторонний и непрерывный контроль условий эксперимента; измерение и анализ момента трения и собственной вибрации приборного подшипника.
Установка содержит системы: привода испытуемого подшипника; создания и измерения нагрузки; измерения момента трения; измерения вибрации; контроля частоты вращения; моделирования отклонений формы дорожки качения наружного кольца шарика подшипника. Схема оправки с нагружающими приспособлениями и датчиками вибрации и момента трения показана на рис. 3.1.
Внутреннее кольцо исследуемого подшипника 10 приводится во вращение от пневмошпинделя с аэродинамическими опорами, скорость вращения которого можно изменять в пределах от 0 до 7500 рад/с. Наружное кольцо подшипника вставляется по посадке в оправку 5, к которой подводятся контактные датчики вибрации 4, 7 и тензометрическая пластина 2 - датчика момента трения. Использование газостатических подшипников в нагружающих устройствах обеспечивает возможность измерения момента трения и снижает влияние нагружающих приспособлений на вибрацию исследуемого шарикоподшипника. Отсутствие непосредственного контакта нагружающих устройств с оправкой за счет газовой прослойки приводит к тому, что при вращении внутреннего кольца подшипника наружное кольцо с оправкой имеет возможность вращаться в том же направлении. От проворота оправка удерживается упругой пластиной, прогиб которой пропорционален величине момента трения в подшипнике.
С оправкой 1 жестко связан палец 2, который при вращении с определенной скоростью внутреннего кольца оказывает давление на упругий элемент 3, выполненный в виде пластины, с усилием, пропорциональным моменту трения. К упругому элементу приклеен тензометр сопротивления, включенный в одно из плеч мостовой схемы 4. Сигнал, снимаемый с мостовой схемы и пропорциональный величине момента трения, поступает на усилитель постоянного тока компенсационного типа. После усиления сигнал передается на устройство вывода 6, которое позволяет фиксировать измеряемую величину во времени.
Жесткость пластинки и коэффициент усиления были выбраны такими, чтобы обеспечить измерение момента трения в диапазоне от 0,1 10 3 до 0,1Н-см. Для измерения скорости вращения внутреннего кольца исследуемого подшипника используются фотоэлектрические датчики 11 и 10 с преобразователем 9 и указателем 8. Питание схемы осуществляется от блока 7.
Экспериментальные исследования прочности и упругости гибких носителей информации
Объекты, аппаратура, методика и задачи исследования, В качестве объектов исследования были выбраны широко используемые в звуко- и видеотехнике магнитная пленка марки МК-60-7 137/128 и кинопленка марки "СВЕМА" МЗ-3 ТУ 6-17-647-80. Проводились исследования также и их полимерных основ: полиэтилентерефталата (ПЭТФ) — основы для магнитной ленты и триацетатцеллюлозы (ТАЦ) основы для кинопленки. Их получали при удалении магнитного эмульсионного слоя с помощью растворителя. Размеры вырезанных из магнитной ленты образцов составляли 40 мм в длину, 1,9 мм в ширину при толщине 0,016 мм для ленты и 0,011 мм для основы (ПЭТФ). Размеры образцов кинопленки: длина 40 мм, ширина 1,9 мм и толщина 0,145 мм для киноленты и 0,14 мм для ее основы (ТАЦ). Для исключения влияния неоднородности ленты по толщине образцы вырезались из различных участков по длине лент.
Эксперименты по определению прочности и модуля упругости выполнялись на универсальном приборе для механических и термомеханических испытаний полимерных волокон и пленок УМИВ-3 (рис.4.5).
Прибор предназначен для стандартных механических исследований полимерных волокон и пленок в широком диапазоне температур. Предусмотрены следующие режимы испытаний: растяжение, ползучесть при постоянной температуре, ползучесть при постоянной скорости подъема температуры, релаксация нагрузки при постоянной скорости подъема температуры.
Прибор состоит из следующих основных узлов: испытательной установки (1), пульта управления (2), силоизмерителя, привода, механизма перемещения, термокамеры, криокамеры, системы охлаждения.
На пульте управления размещена электрическая аппаратура управления и регулирования температуры, измерения нагрузки и деформации.
Конструкция прибора предусматривает проведение экспериментов в режиме растяжения со скоростями деформации 5; 0,5 и 0,1 мм/мин. Погрешность измерения нагрузки и деформации от предельных значений диапазона измерения этих величин не превышает 5%.
Зависимость механического усилия F от деформации s образца регистрируется самописцем. где sf - значение деформации, при которой происходило разрушение; Ff разрушающее усилие; Sn начальная площадь поперечного сечения. Погрешность измерения cjf не превышала 10%. Температурные измерения прочности и модуля Юнга проводились с помощью термо- и криокамер (колебания температуры составляли ±1 и ±2 С соответственно). Исследования модуля Юнга осуществлялись тремя методами: 1) механическим - на приборе УМИВ-3, 2) динамическим - на установке для определения динамического модуля и тангенса механических потерь, 3) акустическим. Акустические измерения проводились на установке, схема которой приведена на рис.4.6.
Основой установки является прибор (6), для ультразвуковых (УЗ) измерений использовали прибор типа УК-10ПМ.
Один конец исследуемого образца 2 закрепляли в волноводе -концентраторе УЗ колебаний 3, соединенном с излучателем УЗ колебаний 4. К другому концу образца через блок 5, обеспечивающий подвижный контакт с волноводом и соединенным с ним приемником 6, прикладывали груз 7 массой 100 г для обеспечения постоянного натяжения образца.
Значение модуля Юнга в зависимости от времени t распространения УЗ импульса в образце длиной L вычисляли по формуле Мозли [112]: L где р - плотность образца; с - - скорость распространения УЗ импульсов. Время t варьировалось от нескольких десятков до нескольких сотен мкс и определялось с погрешностью ±0,5 мкс. Погрешность измерения акустического модуля не превышала 5% .
Плотность образца р определялась путем взвешивания пленки на аналитических весах с погрешностью ±10" г/см и составила: для магнитной ленты - 2,55 г/см и 1,38 г/см для ее подложки; для киноленты - 1,30 г/см и 1,29 г/см для подложки.
С помощью съемных датчиков (излучателей и приемников УЗ колебаний) частоты вынужденных колебаний, проходящих через измеряемый образец, можно дискретно менять в пределах от 50 до 800 кГц. Измерения проводились при частотах 25, 100 и 200 кГц в тех же диапазонах температур, что и механические испытания.
Задачи исследования на этом этапе состояли в следующем: - установление физической природы процессов разрушения и релаксации модуля кинопленок, магнитных лент, а также их подложек; установление характера зависимости разрушающего напряжения cyf и модуля упругости Е от температуры; оценка активационных параметров кинетических уравнений; исследование зависимости разрушающего напряжения Jf и модуля упругости Е от длительности воздействия приложенной нагрузки т; - определение влияния рабочих слоев носителей информации на физико-механические свойства подложек.
Исследование прочности носителей информации. Прочностные характеристики полимеров исследовались на разрывной машине. Типичный вид диаграмм напряжение - деформация для кинопленки и подложки показан на рис.4.7.
