Металлическая опорная рама клавишного музыкального инструмента Советский патент 1992 года по МПК G10C3/04 

Изобретение относится к опорным конструкциям в роялях и пианино, предназначенным в основном для постоянного поддержания надлежащего натяжения струн, а точнее к металлическим рамам опорных конструкций клавишно-музыкаль- ных инструментов.

Известна металлическая опорная рама клавишного музыкального инструмента, содержащая установленные на панцире и связанные между собой дискантовый и басовый мостики и шпрейцы с ребрами жесткости.

Однако данная конструкция имеет низкую прочность.

Цель изобретения - повышение прочности конструкции.

Для этого в металлической опорной раме клавишного музыкального инструмента, содержащей установленные на панцыре и связанные между собой дискантовый и басовый мостики и шпрейцы с ребрами жесткости, шпрейцы в поперечном сечении выполнены в виде трубчатообразного сектора, а ребра жесткости имеют литейные уклоны с углом наклона не менее 15°.

СО

Выполнение шпрейцов в поперечном сечении в виде трубчатообразного сектора повышает прочность конструкции. Выполнение ребер жесткости шпрейцев с литейным уклоном не менее 15° повышает с прочность конструкции за счет уменьшения изгибающих нагрузок, При угле наклона, меньшем 15°, изгибающие нагрузки при натяжении струн возрастают, поэтому извлечь литье из кокиля невозможно.

На фиг.1 изображена металлическая рама; на фиг. 2 а,б - поперечное сечение шпрейцев.

Анализ работ по напряженно-деформирующему состоянию опорной конструкции пианино свидетельствует о том, что ее жесткость определяется прочностью металлической рамы. В свою очередь прочность рамы и стабильность строя инструментов определяются прочностью шпрейцев 4, соединяющих мостики 1 и 2 с панцирем 3 и воспринимающих всю нагрузку от натя-- жения струн. Учитывая это за основу конструкции шпрейцев было принято так называемое круговое полукольцо, имеющее вид W (фиг,2). Ребра жесткости шпрейцев

VI

GJ О Os О Ю

выполнены с литейным уклоном не менее 15°. При меньшем уклоне литье невозможно извлечь из кокиля. Рациональность выбранной формы подтверждается расчетом прочности на изгиб выбранного сечения, так как при натяжении струн основную деформацию рамы вызывают изгибающие нагрузки. В основу расчета положена гипотеза плоских сечений и предполагается, что между продольными волокнами бруса давление отсутствует. Поэтому по поперечному сечению возникают лишь нормальные напряжения az , которые определяются по формуле

, Ix

где Мх - изгибающий момент вокруг главной оси X поперечного сечения, кг/см;

|х - осевой момент инерции поперечного сечения относительно главной оси X, см ;

Y-расстояние от нейтральной линии до точки, в которой определяется напряжение, см.

Наибольшее напряжение ог. (по абсолютной величине) развивается в точке наиболее удаленной от нейтральной оси.

Расчет на прочность шпрейца существующей конструкции в виде тавра (двойной уголок в поперечном сечении).

Исходные данные В 43,5 мм, Вт 14мм, h 26,5MM, h 1 8 м м, oz 35 кг/мм2 (для чугуна).

-

М

Мх

Pfc

17 4 Л h+hi-Yc где Р - прилагаемая нагрузка, кг;

to - расстояние между опорами, равное 300 мм.

Bh +Bih3

hi,

,h

12

+Bh1()2 +

+ Bih(; + hi -Yc)2 ;

Bh + Bih (2h -h)2 . Yc2(Bhi + Bih)

43,5 -82 + 14 -26.5(28+ 26.5) c2(43,5-8 + 14-26,5)

12,9 MM ;

|x 43,5-83+8-26,53+4358(129.4)2+ 14 26,5 (13,25 + 8 - 12,9)2 67694,4 см4;

43,5-83+8-26,53

12

+43,5 8(12,9-4)2+

+14 26,5(13,25+8-12,9)2 67694,4 см4;

...67694,4 on/1,,.,3.

Wx „cr, , Q ,o r, 3134 CM ;

P

26,5 +8-12,9 Ofcmax-4v b 35,4-3134

Го

300

1462,5 кг.

Нагрузка Р 1462,5 кг представляет максимальную величину, которую может выдержать шпрейц чугунной рамы до излома.

Расчет на прочность шпрейца предлага- емой конструкции металлической рамы пианино (фиг.2). Исходные данные; п 12,5; г 22,5; Ро 300 мм; Yc 17 мм (определены экспериментальным путем для данного сечения).

0 Площадь сечения полукольца выбрана так, чтобы она была равна площади сечения, рассчитанного на прочность тавра. Это необходимо для сравнения их по несущей способности выдерживать нагрузку после

5Мх

натяжения струн. Ozmax игт-Для круглого

Wx

полукольца.

Wx lx(z-c); |х 0,11 Г(1 -Г) : г 0Jx 0,11 22,54 - (1 - 0,554) 25612 см4;

Wx 25612 : (22,5 - 17) 46567 см3;

p OZmax-4v fc 35.4-46567 „„,„.., к Ј - 300 ЛАЛсг.

Таким образом, при изменении сече5 ния шпрейца с формы тавра на полукольцо и одной и той же площади поперечного сечения его прочность на изгиб увеличится почти в 1,5 раза.

Учитывая, что опыта по изготовлению ме0 таллических рам пианино как из чугуна, так и из алюминиевого сплава методом литья в кокиль нет, прежде чем приступить к изготовлению дорогостоящей кокильной установки, необходимо изготовить по

5 деревянной модели партию металлических рам из алюминиевого сплава литьем в земляные формы. Затем эти рамы использовать в инструментах для оценки акустических свойств и жесткости опорной конструкции

0 пианино. Всего отлито 10 рам, Химический состав сплава соответствует требованиям ГОСТ 2685-63. После отливки и обрезки литниковой системы рамы из алюминиевого сплава направили на термическую обработ5 ку. После термической обработки шпрейцев одной рамы от партии вырезали образцы для проверки свойств шпрейцев.

Результаты проверки механических свойств на образцах вырезанных из шпрей0 цев рамы приведены в таблице.

Результаты испытаний механических свойств на образцах, вырезанных из шпрейцев рамы, свидетельствуют о том, что ее прочность в 1,5-1,6 больше, чем прочность

5 рамы прототипа из чугуна.

Изготовлены опытные инструменты с рамой из алюминиевого сплава со шпрейца- ми в виде трубчатого сектора. Инструменты были направлены в музыкальные учреждения для оценки потребительских свойств. Испытания показывают, что все инструменты имеют достаточную стабильность строя во времени, так как они не требуют более частой настройки, чем серийные инструмен-. ты. По мнению преподавателей и студентов опытные пианино по акустическим свойствам не уступают серийным.

Изготовление металлических рам опорной конструкции пианино по изобретению литьем в кокиль имеет ряд преимуществ и позволяет получить значительный экономический эффект в масштабе всей отрасли за счет снижения себестоимости рамы.

Снижение плановой себестоимости рамы пианино из алюминиевого сплава по сравнению с чугунной достигается за счет: исключения обдирки рамы; заплавки шти0

фов при литье; значительного сокращения малярных работ; снижения стоимости литья из алюминиевого сплава; увеличения выхода годного при литье; снижения транспортных расходов,

Формула изобретения Металлическая опорная рама клавишного музыкального инструмента, содержащая установленные на панцыре и связанные между собой дискантовый и басовый мостики и шпрейцы с ребрами жесткости, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности конструкции, шпрейцы в поперечном сечении выполнены в виде трубчатообразного сектора, а ребра жесткости шпрейцев имеют литейные уклоны с углом наклона не менее 15°.

Изобретение относится к опорным конструкциям в роялях и пианино и может быть использовано в производстве музыкальных инструментов. Шпрейцы в поперечном сечении выполнены в виде трубчатообразно- го сектора. 2 ил., 1 табл.

Фиг.1

k

В

Фиг. 2