SU63798A1 - Способ пилообразных механических колебаний - Google Patents

Description

В кинотехнике дл  непрерывной проекции кинофильмов (без мальтийского креста), в механическом телевидении и в некоторых других случа х актуальной задачей  вл етс  получение механических колебаний пилообразной формы. Такого рода колебани  пытаютс  обычно получить воздействием на механическую систему некоторой измен ющейс  по пилообразному закону силы, причём инерци  механической системы преп тствует ей следовать за пилообразно измен ющейс  силой , в результате чего форма колебаний механической системы отличаетс  от пилообразной и тем более резко, чем больше частота этих колебаний и чем больше масса механической системы и её размеры.

Этим способом практически удаётс  получать пилообразные колебани  только маленьких лёгких телзеркал и то с небольшой частотой, при которой упруга  сила значительно превышает силу инерции.

Насто щим изобретением предлагаетс  такой способ возбуждени  пилообразных колебаний механических систем, при котором масса системы и её инерци  не только не искажала бы формы колебаний, но, наоборот,  вл лась бы основным актором, определ ющим пилообразную форму колебаний, причём упругость и трение системы должны быть очень малы или равны нулю, а длительность импульсов силы , поочерёдно прикладываемых к механической системе в противоположных направлени х, должна быть зиачительно меньше периода колебаний.

Дальнейшее описание по сн етс  прилагаемым чертежом, на котором фиг. 1 и 2 представл ют в двух проекци х пластинку, приводимую в колебани  импульсами, представленными на фиг. 3, а фиг. 4 представл ет механизм дл  coздaJ ни  импульсов силы, возбуждаемый изображённым 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 приобретёт некоторЗЮ угловую скорость, определ емую согласно известному закону моментов количества двиг г жени  по формуле - - | - f-i

I-момен ин. рции относительно оси, 00-углова  скорость. гР-момент действующей силы, it - врем  действи  силы.

Если упругостью и трением в системе можно пренебречь, то приобретённа  скорость будет сохран тьс  до тех пор, пока нова  сила её не изменит. Если эта нова  сила будет противоположна по направлению предыдущей и равна ей по величине, то система придёт в,пилообразное колебательное движение.

Рассмотрим движение изображённой на фиг. 1 пластинки, представл ющей собой параллелепипед с больщими сторонами а, Ь и малой стороной с, укреплённой на оси О, проход щей через его центр т жести параллельно одной из больщих

сторон а.

Если в начальный момент времени к одной из сторон а пластинки, в начале неподвижной, будет кратковременно приложена некотора  сила F, действующа  в течение некоторого малого промежутка времени t в направлении, указанном ва фиг. 2, то пластинка начнёт вращатьс  вокруг своей оси в том же направлении с угловой скоростью

t, где Ь- длина стороны Ъ

Ь-г

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

1 i м (ь + с2),

где М - масса параллелепипеда, Ъ и с - длины сторон пластинки, пepпeндикyv  pныx оси.

Если никакого трени  и упругой силы, преп тствующих движению, нет, то пластинка, после приложени  импульса силы, будет вращатьс  с посто нной угловой скоростью « до тех пор, пока нова  сила не изменит этой скорости.

Если по оси абсцисс откладывать врем , а по оси ординат угол , то движение пластинки изобразитс  пр мой, наклон которой равен угловой скорости ш, как это Представлено на фиг. 3. На той же фигуре изображён импульс силы F, направленной вверх. Если в некоторый момент времени ti к той же стороне а или к другой стороне ai пластинки будет приложен новый импульс силы FI, такой же кратковременный , но имеющий противоположное направление (на фиг. . обозначен направленным вниз), то в случае, если этот импульс будет больще предыдущего, пластинка начнёт вращатьс  в обратном направлении , возвраща сь к своему первоначальному положению, с

угловой скоростью Mj -™- - до тех пор, пока в момент времени ts не вернётс  к своему начальному положению так, как это показано на фиг. 3. Легко показать, что если в момент времени t2 к пластинке оп ть приложить той же длительности импульс силы того же направлени , что и первоначальна  сила F, но по величине своей равный импульсу силы FI, то пластинка изменит снова направление своего вращени  и начнёт вращатьс  в первоначальном направлении с прежней угловой скоростью ш, как это показано на фиг. 3.

Действительно, если выражение дл  скорости О), сложить с выражением дл  приращени  скорости,, вызванного импульсом силы Fi, bhi

Да) - , ТО получим выраже i 1

ние, равное по своей величине первоначальной угловой скорости

bt- 2ГЕсли по истечении времени, равного ti, в момент г снова приложить к пластинке импульс силы, равной FI, направленный противоположно , то пластинка снова начнёт возвращатьс  к начальному положению со скоростью ( и т. д.

Повтор   таким образом периодически импульсы силы FI, направленные в одну сторону, и импульсы силы FI, направленные в противоположную сторону, с периодом, равным ta, и со сдвигом по времени между противоположно направленными импульсами, равным t - tt, получим пилообразное колебание пластинки с периодом колебаний, равным ta, временем пр мого хода, равным ti, и временем обратного хода, равным t2 - ti.

В наших рассуждени х мы пренебрегали временем : действи  силы по сравнению со временем пр мого и обратного хода пилы. В действительности, благодар  конечной величине времеии действи  импульса силы, пила при переходах с пр мого хода на обратный и с обратного хода на пр мой закруглитс  в пределах времени действи  импульса силы.

Амплитуда колебаний определ етс  по формуле ffi Fi - .

21 2 ti - ь

и при очень малой величине обратного хода эта формула может быть приближённо представлена в

b виде FI j (t2 - ti)Как мы видим, в выражени  дл  амплитуды колебаний входит только величина импульса силы Fi, но не входит вовсе величина начального импульса силы F. Величина этого начального импульса должна всё же быть вполне определённой и

to - М

равной F-: --.

bt,

Если начальный импульс будет больше или меньше вышеуказанного , то на пилообразное колебание пластинки будет накладыватьс  некоторое равномерное вращение , соответствующее разностному импульсу силы.

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

Если один из импульсов будет несколько больше или меньше другого , то это приведёт к тому, что на пилообразное колебание пластинки будет накладыватьс  непрерывно всё ускор ющеес  вращение, соответствующее некоторым периодически повтор ющимс  импульсам , направленным в сторону большего импульса и равным по своей величине разности между больщишим и меньшим импульсом.

Дл  получени  чистых пилообразных колебаний необходимо, таким образом, точное соблюдение равенства противоположно направленных импульсов силы и вполне определённой величины начального импульса силы.

Очевидно, чистые стабильные пилообразные колебани  не могут быть получены без наличи  некоторого процесса, автоматически привод щего к соблюдению точного равенства противоположно направленных импульсов FI и к уничтожению равномерного вращени , вызванного разностью между величиной существовавщего и действительного первоначального импульса и его долженствующей величино .

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

Это может быть осуществлено или специально устроенным дл  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 вли нием перемещени  пластинки, вызванного этим же импульсом.

В качестве такого механизма можно использовать, например, взаимодействи  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 наход щихс  под воздействием двух других электромагнитов Ai и Bi, то, пропуска  через обмотки электромагнитов А и AI импульс тока в таком направлении, чтобы друг против друга оказались одноименные полюсы электромагнитов, мы получим импульс силы отталкивани , под вли нием которого пластинка начнёт вращатьс  по часовой стрелке, причём сила отталкивани  будет падать, так как в результате перемещени  пластинки одноименные полюсы электромагнитов А и AI будут отдал тьс  друг от друга.

Пропуска  такие же импульсы тока через обмотки электромагнитов В и Bi, мы получим импульс силы отталкивани , под вли нием которого пластинка будет вращатьс  против часовой стрелки, причём эта сила отталкивани  также будет падать с перемещением пластинки. Пропуска  периодически эти импульсы тока в одну и в другую пару электромагнитов с некоторым сдвигом по фазе, мы получим чистые стабильные пилообразные колебани  пластинки с периодом, равным периоду подаваемых в электромагниты импульсов, с обратным ходом, равным сдвигу фазы между нмпульсами, подаваемыми в одну и в другую пару электромагнитов.

Рассмотрим процесс установлени  этих стабильных пилообразных колебаний. Пусть величина начального импульса силы, подаваемого со стороны пары электромагнитов А, А, имеет больщее значение, чем это необходимо дл  получени  чистых пилообразных колебаний, вследствие чего, как мы видели, пластинка приобретает некоторую дополнительную скорость. Из-за этой скорости в начале следующего колебани  пластинки электромагнит А окажетс  на больщем рассто нии от электромагнита Ai, чем в начальный момент, а в конце следующего колебани  электромагнит В окажетс  на меньшем рассто нии от электромагнита Bi, чем в конце первого колебани . Таким образом периодически повтор ющиес  импульсы силы от пары электромагнитов А, Ai уменьшатс , а от пары электромагнитов B,Bi увеличатс . Это создаст некоторый вращающий момент, направленный противоположно приобретённой в начальный момент дополнительной скорости. Этот вращающий момент по истечении некоторого числа колебаний полностью скомпенсирует вращение, наложенное в начальный момент на пилообразное колебание, причём разность величин противоположно направленных импульсов от электромагнитов A,Ai и B,Bi будет также постепенно сводитьс  к нулю.

Если эти импульсы в самом начале отличались друг от друга по своей величине, то и в этом случае после некоторого числа колебании величины их сравн ютс  благодар  тому, что полученный из-за этой разности вращающий момент и приобретённое вращение пластинки будут всегда приводить к тому, что к следующему колебанию больщий импульс уменьшитс , а меньший увеличитс .

В зависимости от величин импульсов тока, подаваемых в пары электромагнитов A,Ai и B,Bi, будет определ тьс  среднее положение колеблющейс  пластинки, при котором величины импульсов силы от пары электромагнитов A,Ai и пары B,Bi одинаковы. Величиной этих одинаковых импульсов будет определ тьс  по приведенным выше формулам амплитуда колебаний.

Если начальный импульс будет слишком велик, то при установлении колебаний возможно дребезжание пластинки (удары электромагнитов A,Ai и B,Bi). 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 дл  этого, например, тепловой инерции катода электронной лампы. Ламповое устройство дл  питани  электромагнитов периодическими импульсами может быть устроено по схеме, представленной на фиг. 5.

Здесь М представл ет собой несимметричный мультивибратор, генерирующий импульсы пр моугольной формы. хЭти импульсы, усилива сь лампою Лз с большим внутренним сопротивлением, образуют на первичной обмотке трансформатора диференцированный импульс, имеюший форму, представленную на фиг. 6, где изображены р дом пр моугольный и диференцированный импульсы.

Диференцированный импульс посредством вторичной обмотки трансформатора подаётс  на сетки усилительных ламп УьУг в противоположных фазах, причём на сетки этих ламп подаётс  соответствующее отрицательное смещение, запирающее лампу дл  одного из пиков диференцированного импульса, так что анодный ток первой лампы определ етс  одним, например, верхним пиком диференцированного импульса, а ток второй лампы другим - нижним пиком.

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

Амплитуду и частоту этих импульсов можно легко регулировать величиной и частотой пр моугольных импульсов мультивибратора. Величина обратного хода пилообразных колебаний определ етс  шириной пр моугольных импульсов мультивибратора.

Дл  создани  импульсов силы может быть использовано и электродинамическое взаимодействие, например , катушки, укреплённой на оси пластинки, с посто нным магнитным полем, причём дл  создани  зависимости силы взаимодействи  от перемещени  пластинки, необходимой дл  стабилизации колебаний , можно посто нное магнитное поле сделать неравномерным.

Если внещнюю сторону вышеописанной пластинки сделать зеркальной или прикрепить к ней зеркало, то мы получим колеблющеес  по пилообразному закону зеркало.

Таким же образом можно получать не только колеблющеес  по пилообразному закону зеркало, но

и другие колеблющиес  по пилообразному закону тела, как-то призмы , объективы и т. д., посредством которых можно технически просто рещать указанные в начале описани  задачи кинотехники и телевидени .

Предмет изобретени 

Claims (2)

1.Способ приведени  механической системы в колебательное движение путём поочерёдного приложени  к этой системе противоположно направленных импульсов силы, например, дл  осуществлени  механической развёртки в телевидении, отличающийс  тем, что, с целью осуществлени  стабильных колебаний точно по пилообразному во времени закону, систему выполн ют с незначительными, по сравнению с инерцией, упругостью и трением и примен ют кратковременные , по длительности значительно меньше периода колебани , импульсы силы, создаваемые механиз.. мом, который автоматически уменьщает величину импульса силы при движении механической системы.

2.Устройство дл  осуществлени  способа по п. 1, отличающеес   тем, что механическа  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 колебани  по пилообразному закону за счёт магнитного отталкивани  подвижных электромагнитов от неподвижных.

Фиг. 1

с/

г

а Фиг. 2

4 ii ia

Фиг. 4

4Т

Фиг, 6

 

I

M