Способ пилообразных механических колебаний

Способ пилообразных механических колебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 57а, 34„

21а, 32«

СССР

J5 63798

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобре ceo.

Г. В. Брауде

Способ получения п тлообразных механическ х колебаний

Заявлено 26 декабря 193б r. в Наркомэлектро ром эа ¹ 36384 (303225) Опублпковапо 30 июня 1944 года

В кинотехнике для непрерывной проекции кинофильмов (без мальтийского креста), в механическом телевидении и в некоторых других случаях актуальной задачей является получение механических колебаний пилообразной формы. Такого рода колебания пытаются обычно получить воздействием на механическую систему некоторой изменяющейся по пилообразному закону силы, причем инерция механической системы препятствует ей следовать за пилообразно изменяющейся силой, в результате чего форма колебаний механической системы отличается от пилообразной и тем более резко, чем больше частота этих колебаний и чем больше масса механической системы и ее размеры.

Зтим способом практически удается получать пилообразные колебания только маленьких легких телзеркал и то с небольшой частотой, при которой упругая сила значительно превышает силу инерции.

Настоящим изобретением предлагается такой способ возбуждения пилообразных колебаний механических систем, при котором масса системы и ее инерция не только не искажала бы формы колебаний, но, наоборот, являлась бы основным фактором, определяющим пилообразную форму колебаний, причем упругость и трение системы должны быть очень малы или равны пулю, а длительность импульсов силы, поочередно прикладываемых к механической системе в противоположных направлениях, должна быть значительно меньше периода колебаний.

Дальнейшее описание поясняется прилагаемым чертежом, на котором фиг. 1 и 2 представляют в двух проекциях пластинку, приводимую в колебания импульсами, представленными на фиг. 3, а фиг. 4 представляет механизм для создания импульсов силы, возбуждаемый изображенным на фиг. 5 генератором электрических импульсов, форма которых приведена на фиг. 6.

Если системе, обладающей некоторым моментом инерции относительно оси, в которой она закреплена, придать некоторый импульс силы, то, как известно, она приобретет некоторую угловую скорость, определяемую согласно известному закону моментов количества двигг жения по формуле д " =- t где

1 — момен ин рцни относительно оси, в — угловая скорость, т1 - моМрНТ действующей силы,.а1 — «ремя действия силы. № 63798

Если упругостью и трением в системе можно пренебречь, то приобретенная скорость будет сохраняться до тех пор, пока новая сила ее не изменит. Если эта новая сила будет противоположна по направлению предыдущей и равна ей по величине, то система придет в.пилообразное колебательное движение.

Рассмотрим движение изображенной на фиг. 1 пластинки, представляющей собой параллелепипед с большими сторонами а, b и малой стороной с, укрепленной на оси О, проходящей через его центр тяжести параллельно одной из больших сторон а.

Если в начальный момент времени к одной из сторон а пластинки, в начале неподвижной, будет кратковременно приложена некоторая сила F, действующая в течение некоторого малого промежутка времени 7 в направлении, указанном н а фиг. 2, то пластинка начнет вращаться вокруг своей оси в том же направлении с угловой скоростью

, где Ь вЂ” длина ст роны b

Ь ° г

21 пластинки, i — момент инерции относительно оси О, параллельной стороне а, равный, как известно.

1 = — М (Ь + с ), 12 где М вЂ” масса параллелепипеда, О и с — длины сторон пластинки, перпендикулярных оси.

Если никакого трения и упругой силы, препятствующих движению, нет, то пластинка, после приложения импульса силы, будет вращаться с постоянной угловой скоростью до тех пор, пока новая сила не изменит этой скорости.

Если по оси абсцисс откладывать время, а по оси ординат угол -, то движение пластинки изобразится прямой, наклон которой равен угловой скорости а, как это представлено на фиг. 3. На той же фигуре изображен импульс силы F, направленной вверх. Если в некоторый момент времени ti к той же стороне а или к другой стороне а пластинки будет приложен новый импульс силы FI, такой же кратковременный, но имеющий противоположное направление (на фиг. 3 обозначен направленным вниз), то в случае, если этот импульс будет больше предыдущего, пластинка начнет вращаться в обратном направлении, возвращаясь к своему первоначальному положению, с угловой скоростью

21 до тех пор, пока в момент времени

t> не вернется к своему начальному положению так, как это показано на фиг. 3. Легко показать, что если в момент времени 4 к пластинке опять приложить той же длительности импульс силы того же направления, что и первоначальная сила F, но по величине своей равный импульсу силы

F, то пластинка изменит снова направление своего вращения и начнет вращаться в первоначальном направлении с прежней угловой скоростью ш, как это показано на фиг. 3.

Действительно, если выражение для скорости оь сложить с выражением для приращения скорости, вызванного импульсом силы Fi, ы ьэ= - -, то получим выраже2g ние, равное по своей величине первоначальной угловой скорости

bV

Если по истечении времени, равного Ь, в момент 1 снова приложить к пластинке импульс силы равной Fi, направленный противоположно, то пластинка снова начнет возвращаться к начальному положению со скоростью в и т. д.

Повторяя таким образом периодически импульсы силы Р, направленные в одну сторону, и импульсы силы Р, направленные в противоположную сторону, с периодом, равным t, и со сдвигом по времени между противоположно направленными импульсами, равным Ь вЂ” Ь, получим пилообразное колебание пластинки с периодом колебаний, равным Ь, временем прямого хода, равным ti, и временем обратного хода, равным t> — ti.

¹ 63798

В наших рассуждениях мы пренебрегали временем -. действия силы по сравнению со временем прямого и обратного хода пилы. В действительности, благодаря конечной величине времени действия импульса силы, пила при переходах с прямого хода на обратный и с обратного хода на прямой закруглится в пределах времени действия импульса силы.

Амплитуда колебаний определяетЬ t,(t... — т,) ся по формуле -; = Г, -.

2l 2 ti — 1> и при очень малой величине обратного хода эта формула может быть приближенно представлена в

b виде = Г - — (tg tq)

2j

Как мы видим, в выражения .1ля амплитуды колебаний входит только величина импульса силы Fi, но не входит вовсе величина начального импульса силы Р. Величина этого начального импульса должна все

>ке быть вполне определенной и равной t -. = .2(ы, Если начальный импульс будет больше или меньше вышеуказанного, то на пилообразное колебание пластинки будет накладываться некоторое равномерное вращение, соответствующее разностному импульсу силы.

Импульсы сил Fi в начале и в конце обратного хода должны быть, как мы уже упоминали, противоположны по направлению и одинаковы по величине.

Если один из импульсов будет несколько больше или меньше другого, то это приведет к тому, что на пилообразное колебание пластинки будет накладываться непрерывно все ускоряющееся вращение, соответствующее некоторым периодически повторяющимся импульсам, направленным в сторону большего импульса и равным по своей величине разности между большишим и меньшим импульсом.

Для получения чистых пилообразных колебаний необходимо, таким образом, точное соблюдение равенства противоположно направленных импульсов силы и вполне определенной величины начального импульса силы.

Очевидно, чистые стабильные пилообразные колебания не могут быть получены без наличия некоторого процесса, автоматически приводящего к соблюдению точного равенства противоположно направленных импульсов F1 и к уничтожению равномерного вращения, вызванного разностью между величиной существовавшего и дейстгительного первоначального импульса и его долженствующей величиной.

Такой процесс возникнет в том случае, если движение пластинки под влиянием импульса силы будет приводить к уменьшению этого импульса силы.

Это может быть осуществлено или специально устроенным для этого механизмом, или же может быть свойством самого механизма. вызывающего импульсы силы.

Рассмотрим последний случай. когда сам механизм, вызывающий импульс силы, приводит к уменьшению этого импульса под влиянием перемещения пластинки, вызванного этим же импульсом.

В качестве такого механизма можно использовать, например, взаимодействия между одноименными магнитными полюсами, как это представлено на фиг. 4.

Если пластинка будет укреплена в рамке, составленной из двух электромагнитов А и В, расположенных параллельно оси О и находящихся под воздействием двух других электромагнитов А1 и В1, то, пропуская через обмотки электромагнитов А и А1 импульс тока в таком направлении, чтобы друг против друга оказались одноименные полюсы электромагнитов, мы получим импульс силы отталкивания, под влиянием которого пластинка начнет вращаться по часовой стрелке, причем сила отталкивания будет падать, так как в результате перемещения пластинки одноименные полюсы электромагнитов А и А будут отдаляться друг от друга.

¹ 63798

Пропуская такие же импульсы тока через обмотки электромагнитов В и Вь мы получим импульс силы отталкивания, под влиянием которого пластинка будет вращаться против часовой стрелки, причем эта сила отталкивания также будет падать с перемещением пластинки.

Пропуская периодически эти импульсы тока в одну и в другую пару электромагнитов с н екоторым сдвигом по фазе, мы получим чистые стабильные пилообразные колебания пластинки с периодом, равным периоду подаваемых в электромагниты импульсов, с обратным хсдом, равным сдвигу фазы между импульсами, подаваемыми в одну и в другую пару электромагнитов.

Рассмотрим процесс установления этих стабильных пилообразных колебаний. Пусть величина начального импульса силы, подаваемого со стороны пары электромагнитов

А, А1, имеет большее значение, чем это необходимо для получения чистых пилообразных колебаний, вследствие чего, как мы видели, пластинка приобретает некоторую дополнительную скорость. Из-за этой скорости в начале следующего колебания пластинки электромагнит А окажется на большем расстоянии от электромагнита А, чем в начальный момент, а в конце следуюшего колебания электромагнит В окажется на меньшем расстоянии от электромагнита В1, чем в конце первого колебания, Таким образом периодически повторяющиеся импульсы силы от пары электромагнитов А, А1 уменьшатся, а от пары электромагнитов В,В1 увеличатся. Это создаст некоторый вращаюший момент, направленный противоположно приобретенной в начальный момент дополнительной скорости. Этот вращающий момент по истечении некоторого числа колебаний полностью скомпенсирует вращение, наложенное в начальный момент на пилообразное колебание, причем разность величин противоположно направленных импульсов от электромагнитов А,А1 и В,В будет также постепенно сводиться к нулю.

Если эти импульсы в самом начале отличались друг от друга по своей величине, то и в этом случае после некоторого числа колебаний величины их сравняются благодаря тому, что полученный из-за этой разности вращающий момент и приобретенное вращение пластинки будут всегда приводить к тому, что к следующему колебанию больший импульс уменьшится, а меньший увеличится.

В зависимости от величин импульсов тока, подаваемых в пары электромагнитов А,Ат и В,В1, будет определяться среднее положение колеблющейся пластинки, при котором величины импульсов силы от пары электромагнитов А,А1 и пары

B, одинаковы. Величиной этих одинаковых импульсов будет определяться по приведенным выше формулам амплитуда колебаний.

Если начальный импульс будет слишком велик, то при установлении колебаний возможно дребезжание пластинки (удары электромагнитов А,А и В,В ). Во избежание этих ударов при установлении колебаний необходимо, чтобы импульсы тока при запуске колебаний возрастали постепенно до своей нормальной величины. Это может быть легко обеспечено обычными ламповыми устройствами с использованием для этого, например, тепловой инерции катода электронной лампы.

Ламповое устройство для питания электромагнитов периодическими импульсами может быть устроено по схеме, представленной на фиг. 5.

Здесь М представляет собой несимметричный мультивибратор, генерирующий импульсы прямоугольной формы. Эти импульсы, усиливаясь лампою Лз с большим внутренним сопротивлением, образуют на первичной обмотке трансформатора диференцированный импульс, имеющий форму, представленную на фиг. 6, где изображены рядом прямоугольный и диференцированный импульсы.

Диференцированный импульс посредством вторичной обмотки трансформатора подается на сетки уси№ 63798 лительных ламп У1,Уз в противоположных фазах, причем на сетки этих ламп подается соответствующее отрицательное смещение, запирающее лампу для одного из пиков диференцированного импульса, так что анодный ток первой лампы определяется одним, например, верхним пиком диференцированного импульса, а ток второй лампы другим — нижним пиком.

Если в анодную цепь одной лампы включить обмотки электромагнитов А и А, соединенные таким образом, чтобы друг против друга находились их одноименные полюсы, а в анодную цепь другой лампы включить таким же образом обмотки электромагнита В и В>, то мы получим необходимые нам периодические импульсы силы.

Амплитуду и частоту этих импульсов можно легко регулировать величиной и частотой прямоугольных импульсов мультивибратора.

Величина обратного хода пилообразных колебаний определяется шириной прямоугольных импульсов мультивибратора.

Для создания импульсов силы может быть использовано и электродинамическое взаимодействие, например, катушки, укрепленной на оси пластинки, с постоянным магнитным полем, причем для создания зависимости силы взаимодействия от перемещения пластинки, необходимой для стабилизации колебаний, можно постоянное магнитное поле сделать неравномерным, Если внешнюю сторону вышеописанной пластинки сделать зеркальной или прикрепить к ней зеркало, то мы получим колеблющееся по пилообразному закону зеркало.

Таким же образом можно получать не только колеблющееся по пилообразному закону зеркало, но и другие колеблющиеся по пилообразному закону тела, как-то призмы, объективы и т. д., посредством которых можно технически просто решать указанные в начале описания задачи кинотехники и телевидения.

Предмет изобретения

1. Способ приведения механической системы в колебательное движение путем поочередного приложения к этой системе противоположно направленных импульсов силы, например, для осуществления механической развертки в телевидении, отличающийся тем, что, с целью осуществления стабильных колебаний точно по пилообразному во времени закону, систему выполняют с незначительными, по сравнению с инерцией, упругостью и трением и применяют кратковременные, по длительности значительно меньше периода колебания, импульсы силы, создаваемые механизмом, который автоматически уменьшает величину импульса силы при движении механической системы.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, отли ч ающ еес я тем, что механическая система выполнена в виде несущей рабочий орган (например, зеркало) рамки, установленной с возможностью колебаний вокруг одной из осей симметрии и несущей на противоположных плечах электромагниты, расположенные над одноименными полюсами неподвижных электромагнитов, с тем, чтобы при питании электромагнитов кратковременными импульсами тока рамка приходила в колебания по пилообразному закону за счет магнитного отталкивания подвижных электромагнитов от неподвижных. № 63798

Ci

1 и

Фиг. 2 ! T

Фиг. 3

Е,сг з

Фиг. 5

n„

З в.

Техн. редактор М, В. Смольякова

Отв. редактор Д. А. Михайлов

Л!31593, Подписано к печати 26. Х 1945 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 162

Гнпографня Госпланнздата, ым. Воровского, Калуга