Устройство для натяжения струн музыкального инструмента и способ его сборки Советский патент 1986 года по МПК G10C3/10 

Изобретение относится к производству музыкальных инструментов, в частности фортепиано. Цель изобретения - повышение качества звучания инструмента и долговечности вирбельбанка. На фиг.1 изображено устройство; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1 ; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - операция намотки нити на втулку с колком; на фиг.З - операция одновременной намотки двух слоев нити; на фиг.6 - взаимное расположение двух слоев нити по оси втулки в процессе намотки. Устройство для натяжения струн музыкального инструмента содержит размещенные в гнезде 1 вирбельбанка 2 втулку 3 с колком 4. Втулка 3 жестко соединена с катушкой 5 из упругорастянутой нити 6, при этом катушка 5 установлена в гнезде вирбельбанка с зазором 7 для заполнения его жидким связующим 8. На колок 4 навита струна 9, ка1; тушка 5 одета на наружную поверхность 10 втулки 3. Втулка 3 и колок 4 соприкасаются по цилиндрической поверхности 11 трения. Давление втулки 3 на колок 4 обеспечивается давлением витков 12 нити 6 на втулк Нить 6 состоит из элементарных воло кон 13 (на фиг.З сечения волокон сх матически наложены на сечения нити, причем обмотка.катушки показана дву слойной) . Волокна нити 6 и витки ка тушки 5 пропитаны связующим. Вирбельбанк 2 собран из панидря 14 и плиты 15, скрепленных между со бой. Гнездо 1 выполнено в- виде соос ных отверстий 16 и 17 соответственн в панцире и плите. Гнездо 1 снабжен каналом 18 для соединения полости 1 гнезда с атмосферой при сборке устройства. Колок 4 имеет отверстие 20 д,пя з крепления струны 9 и четыре грани 2 под ключ. Установочная часть колка выполнена ступенчатой. Ступень 22 колка расположена в отверстии 16 па циря и имеет больший диаметр, чем ступень 23 колка, расположенная в отверстии 17 плиты. Втулка 3 составлена из скрепленных между собой двух трубок 24 и 25, причем трубка 25 частично вставлена в трубку 24. На конец втулки одет подпятник 26 с каналом 27 по оси. 3 Детали устройствл могут быть выполнены из следуюир х материалов; колок 4 - из стали; панцирь 14 - из чугуна либо стали; плита 15 - из полимерного композиционного материала; втулка 3 - из материала на основе смолы и волокна, например, крезолоформальдегидная либо фенолоформальдегидная смола, углеродное, либо асбестовое волокно, порошок оксида кальция; нить 6 - из арамидньгх волокон, например, со звеном - H-X2 -NH-CO-{o)-COв полимерной цепи; связующее 8 - на основе эпоксидной смолы; струна 9 стальная проволока, либо жгут из волокон , например, арамидных. Способ сборки устройства для натяжения струн музыкального инструмента заключается в размещении и фиксации втулки и.колка в гнезде вирбельбанка. Перед размещением втулки 3 в гнезде 1 вирбельбанка 2 в ней закрепляют колок 4 посредством ее обжатия, а фиксацию осуществляют отверждаемым связующим .8 после размещения втулки с колком в гнезде вирбельбанка. При этом гнездо 1 в вирбельбанке 2 выполняют на стадии формовки панциря 14 и плиты 35, например, при литье, либо после формовки путем сверления. Втулку 3 склеивают из готовых трубок 24 и 25, либо сворачивают из листового материала толщиной 0,050,2 мм. Подпятник 26 закрепляют на втулке 3, например, клеем. . Обжатие втулки 3 с вставленным в нее колком 4 производят путем намотки нити 6 на наружную поверхность 10 втулки. Натяжение, с которым наматьшают нить, устанавливают ниже предела упругости нити, но выше максимального натяжения струны, деленного на заданное число витков катушки. Коэф эициент трения пары втулка - колок и число 2к. Тр G Г/2:Тп, где G .натяжение нити 6 при намотке;Те натяжение нити на пределе упругости; максимальное натяжение струны при настройке;

n - заданное число витков катушки 5;

f - коэффициент трения пары втулка 3 - колок 4.

Указанное натяжение нити обеспечивают, например, подвешивая к свободному концу нити груз 28 весом G (фиг.4). Другой конец нити фиксир ют на трубке 25 втулки 3 клеем или путем перекрытия витков нити. После Намотки 4-5 витков наступает самостопорение втулки 3 на колке 4, и намотку можно продолжать, вращая колок. Для автоматической намотки нити 6 втулку 3 с вставленным в нее колком 4 вводят трубкой 24 в цанговый патрон намоточного станка и зажимают . Нить 6 подают на втулку 3 через нитеукладчик, соединенный с бобиной, которую притормаживают с силой G, соответствующей натяжению нити. Намотку производят нитья 6, пропитанной жидким связуюпщм, которое отверждают после намотки, например, путем нагрева втулки с колком катушкой. Изготовленный таким путем Узел устройства для натяжения струн, включаюи№1Й втулку 3, колок 4 и катушку 5, хранят и используют в собранном виде, не вынимая колок 4 из втулки 3.

Для фиксации втулки 3 с колком 4 и катушкой 5 в гнезде 1 вирбельбанка 2 связующее 8 в жидком виде наносят на стенки гнезда 1 и поверхноти катушки 5, втулки 3, подпятника 26. Затем втулку 3 с колком 4 и катушкой 5 вводят в гнездо 1 и отверждают связующее 8 в зазоре 7. При ремонте устройства колок 4 извлекаю из втулки 3, сверлом растачивают гнездо 1 до исходного размера, срезая с его .стенок и дна слой, образованный связующим 8, катушкой 5, втулкой 3 и подпятником 26, после чего гнездо -1 готово к новой сборке

Устройство для натяжения струн музыкального инструмента работает следуюш 1м образом.

Натяжение струны 9 создает на колке . 4 крутящий момент. Натяжение нити 6 прижимает поверхность втулки 3 к поверхности колка 4, создавая силу трения, распределенную по поверхности ступени 23 колка. К этой силе добавляется сила трения между сгупенью 22 колка 4 и трубкой 24 втулки 3, обусловленная реакцией пациря 14 на натяжение струны 9.

Основную часть крутящего момента воспринимает плита 15 через катушку 5, которая скреплена с плитой связутош м 8. При этом касательные riaпряжения в плите ниже допустимого значения (они меньше натяжения струны 9, деленного на шюшадь цилиндрической поверхности ступени 23, и не превосходят 100 кгс/см). Что касается нормального напряжения, которое в известных устройствах с запрессовкой колка является основной причиной расшатывания колка,,то в данном усфройстве оно компенсировано

натяжением витков катушки 5 и за ее пределы не передается. В катушке 5 тангенциальная ориентация волокон 13 обеспечивает максимальное использование их прочности на разрыв.

Настройку музыкального инструмента производят поворачивая колок 4 с навитой на него струной 9 относительно неподвижных втулки 3 и вирбельбанка 2.

Необходимое для стопорения колка предварительное натяжение нити, длину катушки вдоль колка и среднюю толщину одного слоя намотки определяют по формулам

G Ч (F/2Jrnf),

(Ssd, +2Ssb, +mNA) (.,) Л9 sd ,

. , bo NAA5s, где Ш -число слоев намотки нити 6 в

катушке 5;

S -шаг намотки в одном сЛое; N -число элементарных волокон

13 в нити 6;

9-объемная доля волокон в обмотке катушки 5;

А -площадь сечения элементарного волокна, dg -диаметр элементарного волокна 1 3 ;

d -диаметр ступени 23 колка; d2 -диаметр колка 4 в месте его контакта со струной 9; dj - диаметр струны 9; bg - средняя толщина одного слоя намотки в катушке 5; . ь, - толщина стенки трубки 25

втулки 3; I - длина катушки 5 вдоль оси

колка 4.

Пример. Устройство для натяжения струн фортепиано. Натяжения струн настроенного инструмента лежат в пределах от 70 до 150 кгс. Максимальное натяжение струны при настройке 175 кгс. Нить 6 с линейной плотностью составлена из арамидных волокон и нропитана эпоксидным связуюищм. Число круток нити - 1 на 1 см дпины. В катушке 5 нить растянута до среднего напряжения в волокнах G/NA, созданного натяжением G на стадии намотки. Связующее, отвержденное после намотки, свободно от растягивающего напряжения. Нить достигает предела упругости при среднем напряжении в волокнах 2,8 ITIa и натяжении Тр NAG.

Дпя значений ,4; ,7; b, 0,2 мм; do 12 мкм; d, dj 7 мм; мм; f 20 мм, приведены параметры трех вариантов выполнения устройства:

1) текс; N 124; ,3 ,00кгс; S 0,2 мм; ; ,364, Н 852,6 гс 0,21 Tg , О 0,596 ГПа 0,

2)то же, но ,237, ,0 ГС 0,11 Те; ,302 ГПа 0,11G,;

3) текс; Те 9,82 Н 1,00 кгс; ,1 мм;

G 2,091 ,2 ГС 0,21 Т,; G 0,596 ITIa 0,21/Зе .

Условие долговечности ,4Ge, обеспечивающее для арамидного волокна срок службы более 100 лет, выполнено с избытком.

Возможны другие варианты выполнения устройства. Катушка 5 выполнена секционированной по длине втулки 3, с числом слоев больше двух, с измене нием Е1атяжения нити 6 при переходе от слоя к слою. Колок 4 выполнен постоянного диаметра по длине гнезда. 1. Число ступеней колка 4 в гнезде 1 может быть больше двух. Колок 4 выполнен с конусностью. Волокна 13 нити 6 выполнены из стекла, либо най

лона, однако эти материалы уступают ароматическим полимерам типа арамида ч долговечности под нагрузкой.

Конструкция предлагаемого устройства обеспечивает равномерность распределения давления, оказываемого втулкой, по Поверхности колка и защиту вирбельбанка от радиальных напряжений в гнезде, что повышает надежность инструмента и облегчает его настройку. Не требующий соблюдения посадочных размеров контроль над величиной давления и исключение операции запрессовки колка снижают

трудоемкость изготовления музыкального инструмента, упрощают его ремонт.

Формула изобретения

1-. Устройство для натяжения струн музыкального инструмента, содержащее размещенные в гнезде вирбельбанка втулку с колком, отличающ е е с и тем, что, с целью повьше- ния качества звучания инструмента и долговечности вирбельбанка, оно снабжено жестко соединенной с втулкой катушкой из упругорастянутой нити, при этом катушка установлена в гнезде вирбельбанка с зазором для (Заполнения его жидким связующим.

2. Способ сборки устройства для натяжения струн музыкального инструмента, заключающийся в размещении и фиксации втулки и колка в гнезде вирбельбанка, о тличающийс я тем, что перед размещением вту;1ки в гнезде вирбельбанка в ней закрепляют колок посредством ее обжатия, а фиксацию осуществляют отверждаемым связующим после размещения втулки с колком в гнезде вирбельбанка.

20

фив.2

Изобретение относится к устройству для натяжения струн музыкального инструмента и способу его сборки и позволяет повысить качество звучания инструмента и долговечность вирбельбанка. Перед размещением втулки 3 в гнезде 1 вирбельбанка 2 закрепляют в ней колок 4 обжатием ее, затем фиксируют отверждаемыМ связующим 8. Обжатие втулки 3 с колком 4 производят путем намотки нити 6 на наружную поверхность 10 втулки 3. Натяжение струны 9 создает на колке 4 крутящий момент. Натяжение нити 6 прижимает поверхность втулки 3 к поверхности колка 4, создавая силу трения, распределенную по поверхности ступени 23 колка 4. Основную часть крутящего момента воспринимает плита 15 через катушку 5, скрепленную с плитой связую(им 8. Настройку fyзыкaльнoгo инструмента произ.водят поворотом колка 4 с нави§ той на него струной 9 относительно (Л неподвижных втулки 3 и вирбельбанка. 2. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

б-Б

15

фиг.З