Лазерный проигрыватель для виниловых пластинок

Ок. Optics, я к вашим услугам - если объясните, как определить какую силу развивает магнитная система с моими магнитами, то я все проделаю, нужно будет собрать стенд и намотать катушки - намотаю и на стенде проверю. Даже если надо какой-то специальный конструктив сделать для стенда на 3д принтере - нарисую и сделаем (а судя по всему без этого не обойтись). Может это как-то совместить и с экспериментом по измерению коэфициента затухания и выяснения усталостных свойств материала пружин, о котором вы писали? Можно какой-то эл. двигатель, например с эксцентриком, поставить в стенд, чтобы проверить вибрацией пружину на усталость, ну и потом, в последствии, дергать как-то прерывисто с длительными паузами схемой одновибратора и транзисторным ключем для измерения затухания.
UPD: Я тут подумал, что можно наверно просто заказать печать головки (модель ее в Инвенторе почти готова, но если что, то переделаем и подкорректируем окончательный вариант) и распечатать пружины из нейлона примерных размеров, чтобы сделать из этого всего какое-то подобие стенда и на нем отладить головку реальных размеров и веса (долько догрузим ее дополнительно для реального веса чем-то, чтобы имитировать детали входящие в ее состав, включая некоторое количество мелких метизов, кусочки фольгированного стеклотекстолита на котором будут предварительные усилители фотосенсоров и реальный лазерный модуль со схемой источника тока). A?

 

В прикрепленном файле формула для расчета силы действующей на катушку ( вернне ту ее часть что находится в магнитном поле) с током. Позже попробую рассчитать в Maxwell.

Надо будет рассчитать собственную чатоту пружины после определения ее геометрии. и для ее раскачки лучше использовать пъезо или динамик.
На усталость надо проверить обязательно.

 

Подставил в формулу такие значения:
При токе і = 0,5 A, N = 64 витка (принял два слоя на каркасе высотой 8 мм проводом 0,25 мм), W магнита = 15 мм (0,015 м), L магнита = 8 мм (0,008 м), g зазор = 3,5 мм (0,0035 м) это суммарно зазоры по 1 мм с двух сторон каркаса (до магнитопропода и до магнита) и + ширина каркаса 1,5 мм. Получилось F = 0,334 H
Если брать ток в 1А то тогда соответственно F = 0,668 H. При увеличении числа витков можем еще увеличить F, нужно только определиться с их оптимальным количеством (учитывая ограничения по реальному размеру каркаса и по допустимой силе тока).
Надеюсь с размерностями ничего не попутал.

 

площадь сечения провода 0.25 мм = 0.05 мм^2 плотность тока при 0.5 А =10 А/мм2, многовато , желательно быть в пределах 5А/мм2
По порядку величин все правильно. Дели эту силу на 4 пружины вот и усилие для каждой пружины. Если использовать двойную магнитную систему то сила будет больше.

 

С плотностью тока разберемся, нам главное увидеть в расчетах, что усилия на пружины хватает с двойным запасом. Тогда можно будет просто ток уменьшить до допустимого. А если нет, то тогда увеличим сечение провода и будем пытаться поместить его на существующем каркасе. Не исключено, что придется делать несколько таких итераций чтобы подобраться к оптимальному варианту и по размерам и по усилию. На досуге попробую посчитать усилия для пружин уже меньшего размера и по ширине (4 мм) и по толщине (начиная от 2 мм и тоньше), и, кроме того, с учетом, что реальный ход пружины будет все же меньше - не более 3 мм.
UPD: Подставлял другие значения в формулу толщины пружины - получается, что уменьшая ее толщину требуется меньшее усилие на ее изгиб (что как бы и без формулы понятно). При ходе пружины в 3 мм, ширине пружины 4 мм (такая ширина скорее всего и будет, по разным конструктивным соображениям) и длине пружины в 50 мм (предельно возможная длина пружины для существующей конструкции позиционера) толщина пружины получается 2 мм при силе F всего 0,05 N. Умножаем на 4 пружины и делим на два магнита - получается 0,1 N. Вернулся еще раз к расчету силы уже при меньшем токе (допустимой плотности) - 0,25 А. Получилось F = 0,167 N, это больше с запасом величины силы из предыдущего расчета толщины пружины (0,1 N).
Профит?
Толщину пружины можно еще уменьшать и при этом будет требоваться все меньшая сила F, но тут нам пора бы уже брать в расчеты и массу головки о чем не мешало бы уже поговорить.

 

ОК
теперь надо посчитать в сборе резонанную частоту и резонасную частоту одной пружины. Затем провести ее испытание на усталость и если они будут нормально то можно будет отливать эти детали.

 

Как посчитать интересующие нас резонансные частоты? Для испытаний на усталость хочу уже заказать отливку пружины из нейлона, жду пока ответит на мои призывы пропавший на несколько дней подрядчик.

 

Вот ссылка на ресурс ( на русском почему-то найти труднее) .
http://iitg.vlab.co.in/?sub=62&brch=175&sim=1080&cnt=1
Формулы 4.6; 4.7; 4.10; 4.12.
E - модуль Юнга материала
I момент инерции
m - масса балки
ro ( греческая буква) плотность материала
A площадь сечения балки
L длина балки.

 

Неплохой сайт по ссылке, все конкретно и по делу, как мне нравится. Пытался искать нечто подобное на русском но пока не нашел, впрочем думаю что и той информации по ссылке вполне достаточно. Сейчас нарисовалась проблема другого рода - у подрядчика нет нейлоновой нити. У него есть Эластан, но это резиноподобный пластик и он, как я понимаю, в качестве листовой пружины нам не подойдет - да он гибкий, но мягкий (средней твердости) и слишком "вялый" как для пружины. Нейлон на голову выше его по пружинным свойствам. Сейчас вот смотрю по сторонам, куда направить стопы - то ли искать другого подрядчика, то ли смотреть в сторону каких-то металлических пружин, но тут непонятно какой доступный листовой металл для этих целей приспособить, где его найти подходящией толщины и небольшим куском а не отпускными киллограмо-тоннами, ну и плюс, как и чем его резать (вручную точно делать это нереально). Посчитать его характеристики мы уже сможем.

 

Так вроде вы давали ссылку на материалы, он свободно продается и стоит наверно не запредельно? Из металла если делать можно вырубить на прессе если есть подходящий пуансон.

 

Нить нейлона для 3д принтеров продается без проблем, но цена такой катушки где-то в районе 43 вечно зеленых тугриков, что как-то дороговато ради нескольких небольших пробных деталюшек с сомнительными, как для пружины, свойствами. Ну в крайнем случае возможно пойти и на такие жертвы. Дешевле было бы найти владельца 3д принтера с такой нитью уже в загашнике и распечатать за значительно меньшие деньги. Как альтернатива, а точнее даже как основной вариант, мне больше конечно нравятся металлические пружины. Рубить их на прессе можно, но с нужным пуансоном скорее всего будут большие проблемы, кроме этого я по двум концам пружины планировал еще небольшие отверстия под крепежные болтики. Мне больше нравится лазерная резка, но пока не нашел где это можно сделать. И главное - пока не совсем понятно где искать калиброванный пружинный лист металла нужной толщины, причем толщина должна быть явно гораздо меньше одного миллиметра. Я пока вижу подходящий вариант вот такие стандартные стальные стяжки из нержавейки - http://tdenergostroy.com.ua/p17253357-styazhki-metallicheskie-ssb.html. Они достаточно пружинистые, самый малый размер у них по ширине 4,6 мм, толщина 0,25 мм, есть только опасения, что они могут быть жестковаты. Но нам никто не мешает это проверить, может и подойдет. Хороши тем, что имеют практически готовый размер примерно нашей ширины, и приемлемую толщину. Остается только придумать как ровно их нарезать по длине и насверлить точно по краям крепежные отверстия. Для этого наверно нужно будет сделать какой-то простейший кондуктор с упором и калиброванным отверстием для точного позиционирования конца пружины и точной сверловки.

 

Может как вариант хим. травление через фоторезист? Уход размеров будет примерно равен толщине материала.

 

Травление тоже вариант, кстати! Только с подходящим материалом определиться. Но я спешу сейчас сообщить последние прикидочные расчеты для пружин из нержавеющих стяжек, о которых писал выше.
Итак: в формулу определения толщины балки подставил самую узкую такую стяжку - 4,6 мм при длине 50 мм. Получилось, что для модуля Юнга нержавеющей стали (я взял 2 ГПа - это больше чем у нейлона где-то в среднем в 100 раз, сравнительные характеристики из таблицы по нейлону и закаленной стали брал здесь http://www.kokch.kts.ru/me/m8rus/c3.htm) и при стандартной толщине такой пластины в 0,25 мм при отклонении пластины на 3 мм сила F должна быть 0,09 N. Умножаем на четыре пластины и получаем 0,36 N. Напомню, что в расчетах силы (пост №825), для тока катушки 0,25 A получили F = 0,167 N, при этом два магнита дадут уже 0,334 N. Это немного меньше чем то что нам нужно для отклонения четырех пластин, но даже в таком первом приближении видно, что стяжки такие можно использовать, только добавить немного больше тока в катушки управления. Кстати, в том сообщении по расчетам я немного неправильно распорядился силами умножая полученное N одной пружины на 4 и потом тут же деля его на силу двух магнитов почему-то такой же величины - это неправильно. Нужно было так: (для нейлона 2 мм) - сила F для отклонения одной пружины на 3 мм = 0,05N а для четырех, соответственно F = 0,2N. Для суммы же двух магнитов у нас сила F = 0,334N т.е. это больше с запасом чем 0,2N
Бегу искать такие стяжки
UPD: 15.10.2015
Стяжек пока не нашел, но зато нашел человека с листовой бериллиевой бронзой. Он уверял, что у него есть нужная нам толщина 0,1 - 0,2 мм. Мне этот вариант даже больше нравится - пружины можно "вырезать" травлением используя фоторезист и шаблон с нужным рисунком, спасибо вам Optics за подсказку. И главное рисунок может быть любым, практически любой конфигурации и кривизны, включая отверстия, и пружины такие можно очень просто и точно сделать в домашних условиях, а в случае необходимости легко их переделать. Я уже даже придумал, что пружины можно сразу "вырезать" двойными, с перемычкой между ними - верхняя и нижняя пары. Это автоматически дает строгую параллельность пружин и облегчит их точную установку и юстировку. Расчет подвески мы делать уже умеем, поэтому никаких особых проблем с изготовлением всей конструкции головки я не вижу. Да. Впрочем есть пока проблема с мелкими метизами. Видимо придется выписывать их из-за границы.

 

Optics, как вы считаете - имеет смысл сейчас закладывать в конструкцию головки дополнительную вторую пару эл. магнитных катушек по аналогии с головкой пикапа, с расчетом в будущем с их помощью сделать точное слежение за канавкой, или пока ограничимся тем что есть? Просто в этом случае пружины будут нужны уже не листовые а в виде тонких пружинных проволочек, как в пикапе. Дело в том что я не совсем уверен, что с помощью одной механики удастся точно отслеживать канавку - ее микронные размеры могут быть не сопоставимы с люфтами механизма перемещения (во всяком случае со временем этот люфт может появиться). А кроме этого наверняка все, или почти все, пластинки при изготовлении идут с некоторым эксцентрисетом обусловленным неточностью массовой штамповки, и возможно придется механикой, помимо общего перемещения головки вслед за спиральной канавкой, постоянно, с каждым оборотом пластинки, "возюкать" головкой туда-сюда следя за этим изъяном. С другой стороны совместное грубое + точное слежение с помощью и механики и с помощью катушек та еще задачка для управления. Есть сомнения что я это потяну, ну разве что кто-то поможет с алгортимом и общими моментами. Я еще дополнил свое предыдущее сообщение - обратите на это внимание, если вдруг не смогли это сделать.

 

Можно об этом подумать, но чтобы сказать точно надо както посчитать: шаг винта скорость реакции и тп . Думаю что лучше отрабатываь узлы по очереди не все сразу.

 

Купил сегодня ра рынке бериллиевую бронзу 0,3 мм. Толстовата наверно, но другой не было. Посчитаем и посмотрим результаты, возможно ширину пружины придется взять меньше - около 2 или 3 мм. Теоретически можно пружину подтравить потом до нужной толщины, но тяжело будет угадать результат, разве что мерять периодически ее толщину во время травления. Подскажите пожалуйста, кто знает, можно ли ее аккуратно выровнять и если да то как? Или не стоило такую гнутую брать? Можно в принципе резать в длину, как ручка на ней лежит, в этом случае изгиб минимальный, но все же... Небольшие куски нужной толщины тяжело найти, все идет начиная от 1 килограмма ценой в 26 $ за кг. Вот на этом французском сайте, где я мелкие метизы планирую брать, есть и фосфористая бронза ровными кусками http://www.micro-modele.fr/index.ph...shop.browse&category_id=482&Itemid=19&lang=en подходящей толщины, начиная от 0,1 мм и выше, от шести евро за кусок 200 х 150 мм
UPD:Вопрос с выравниванием снят - отрезал полоску около 2 мм шириной (60 мм длина), зашкурил ее и выровнял руками до приемлемого результата, вот она на втором фото. Если попыхтеть немного больше то можно выровнять почти идеально. Не понравилось другое - показалось (интуитивно), что она тактильно немного все таки жестковата на изгиб в сопоставлении с предполагаемым весом головки (примерно), а если учесть что пружин будет четыре то все еще усугубляется. Сделал прикидочные расчеты толщины пружины для модуля Юнга бериллиевой бронзы в 1,3 МПа и вышло - для ширины пружины в 2 мм толщина получается как раз 0,317 мм при силе F = 0,05 N. Вроде нормально, все сопоставимо с предыдущими расчетами. Так получается, интуиция меня подводит? Optics, какое ваше мнение по этой листовой бронзе и полученным результатам? Принимаем в работу?

 

Модуль Юнга 100 МПа! не 1.3 !
http://www.alfametal.ru/?id=gost_1789-70

Можно попробовать как и бумагу , стороной противоположной изгибу потереть о край стола.
Если расчет сделан правильно и все вписывается в предел по силе то да можно с этим материалом работать.

 

Перепроверил расчеты - на бумаге размерности правильные, только вместо 100 МПа у меня стояло 130. Подправил значения - получилась толщина пружины 0,346 мм (при ширине 2 мм). А для толщины 0,3 мм сила F нужна еще меньше - 0,034 N. Так что все нормально. По расчетам ширину пружины можно делать до 4 мм и больше без вреда - сила суммы двух отклоняющих катушек все равно остается с запасом. Я окончательно решил взять за основу ширину пружины 3,2 мм - это размер квадратной гайки м1,6 которыми вместе с винтами м1,6 планирую крепить концы пружины к головке и, соответственно, к основанию - http://www.micro-modele.fr/index.ph...&lang=en&orderby=product_list&DescOrderBy=ASC, гайка будет обхватывать все тело пружины и надежно ее удерживать.

 

Листовые пружины решил не вытравливать а заказать порезку их лазером - нашел людей которые этим занимаются. Это проще и быстрее. Окончательно выбрал способ крепления этих пружин и форму пластиковых кронштейнов для их крепления. После этого уже сложилась и окончательная (я надеюсь ) конфигурация основания и всех его деталей. Как нарисую все новые чертежи в Инвентор так и отдам уже наконец все на изготовление. Сейчас выяснилась другая проблема которую я и предполагал - при отливке двух пробных деталей с соединением "ласточкин хвост" оказалось что в случае точных взаимных размеров, детали не могут нормально войти одна в другую. А в случае, когда рисуешь размер одного паза чуть больше, уже имеем неизбежный люфт. Нужно придумать как и чем выбирать этот люфт, но проблема в том, что размеры деталей очень маленькие и практически нет места под дополнительные прокладки и какие-то выжимные микро-винты. Как вариант решения проблемы вижу пока делать небольшую длинную выемку внутри одной из ответных деталей "ласточкиного хвоста" и закладывать туда какую-то изогнутую листовую или проволочную пружину выжимающую люфт. Если у кого есть еще другие предложения прошу здесь выкладывать. Даю фото двух деталек которые не сходятся - они в руках моего подрядчика из Харькова.
UPD:
посмотрел микро-винты на французском сайте - есть без шляпок винты установочные под шлиц с резьбой м1,4 длиной 2 мм, и есть винты со шляпкой с резьбой м1 длиной 2 мм + высота шляпки 0,7 мм. http://www.micro-modele.fr/index.ph...shop.browse&category_id=792&Itemid=17&lang=en Это близко к тому, что нужно, остается только посмотреть как и в каком месте их можно применить.

 

Что-то я совсем недоволен качеством деталей из под 3д принтера - прислали вчера из Харькова кучку таких деталей из пластика PLA и все их сразу можно смело отправлять в мусор - есть наплывы, "сопли" и т. д. (кстати первые несколько деталек из ABS, которые я печатал в Одессе, по детализации и качеству поверхности были получше - смотрите страницу 39 этой темы, пост #771). Позже выложу здесь макро-фото этих поделок (фотоаппарат занят), а пока хочу попросить: если у кого будет возможность на пробу распечатать некоторые эти детальки, просьба сделать это и по результатам отписаться сюда в тему, чтобы проверить мои предположения. Вот ссылка на скачивание файлов некоторых деталей проигрывателя для 3д принтера в формате .stl - https://drive.google.com/folderview?id=0B8GHrrR9q2UPUFRqNHA0WlE0LTA&usp=sharing
Подумываю уже о каком-то другом способе изготовления, пока рассматриваю варианты.
UPD:
Смотрел другие технологии 3д печати - пока больше схожусь или на варианте SLS (лазерное спекание порошка), или по фотополимерной модели (метод SLA) делать силиконовую форму и отливать деталь методом вакуумного литья специального пластика в силикон.