Устройство для натяжения струн музыкального инструмента и способ его сборки
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.
СОЮЗ СОВЕтСНИХ
РЕСПУБЛИК
„„SU„1267473
А1 д111 G 10 С 3/10
@г;;-.о.,к1чр i g
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ
22
14
1г
23
1$
26
26 г
18
Induc. 1
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3799901/28-12 (22) 10.10.84 .(46) 30.10.86. Бюл. В 40 (72) А.Я.Гохштейн (53) 681.816.2(088.8) (56) Патент ФРГ 2104015, кл. G 10 С 3/10 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ СТРУН
МУЗЫКАЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА И СПОСОБ
ЕГО СБОРКИ (57) 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 созда" ет 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 музыкального инструмента производят поворотом колка 4 с нани- д той на него струной 9 относительно неподвижных втулки 3 и вирбельбанка.
2. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.
С:
1267473
Колок 4 имеет отверстие 20 для закрепления струны 9 и четыре грани 21 под ключ. Установочная часть копка выполнена ступенчатой. Ступень 22 колка расположена в отверстии 16 пан- 5О 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
S5 частично вставлена в трубку 24. На конец втулки одет подпятник 26 с каналом 27 по оси.
Изобретение относится к производству музыкальных инструментов, н 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.3 — сечение Б-Б на фиг.2; на фиг ° 4 — операция намотки нити на 10 втулку с колком; на фиг.5 — операция одновременной намотки двух слоев нити, на фиг.6 — взаимное расположение двух слоев нити по оси втулки в процессе намотки. 15
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 20 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, ка,.тушка 5 одета на наружную поверх) ность 10 втулки 3. Втулка 3 и колок 4 соприкасаются по цилиндрической поверхности 11 трения. Давление втулки 3 на колок 4 обеспечивается щ давлением витков 12 нити 6 на втулку.
Нить 6 состоит иэ элементарных водокон 13 (на фиг.3 сечения волокон схе-! матически наложены на сечения нити, причем обмотка. катушки показана двухслойной). Волокна нити 6 и витки катушки 5 пропитаны связующим.
Вирбельбанк 2 собран из панциря
14 и плиты 15, скрепленных между собой. Гнездо 1 выполнено в виде соос- 4О ных отверстий 16 и 17 соответственно в панцире и плите. Гнездо 1 снабжено каналом 18 для соединения полости 19 гнезда с атмосферой при сборке устройства. 45
Детали устройства могут быть R61,полнены из следующих 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 — иэ арамидных волокон, например, со звеном в 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 в улки с колком в гнезде вирбельбанка. При этом гнездо 1 в вирбельбанке 2 выполняют на стадии формовки панциря
14 и плиты 1 5, например, при литье, либо после формовки путем сверления.
Втулку 3 склеивают из готовых трубок 24 и 25, либо сворачивают иэ 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 наматывают нить, устанавливают ниже предела упругости нити, но выше максимального натяжения струны, деленного на заданное число витков катушки. Коэффициент трения пары втулка — колок и число 21Т.
Т, ) С ) 1/2Inf, где G . — натяжение нити 6 при намотке;
Т, — натяжение нити на пределе упругости:, F — максимальное натяжение струны при настройке;
1?67473
n — заданное число витков катушки 5; — 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 фиксиру 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 связующим, которое отверждают после намотки, например, путем нагрева втулки с колком и катушкой. Изготовленный таким путем узел устройства для натяжения струн, включающий 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 поверхнос. ти 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 извлекают 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 следующим 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 ступенью 22 колка 4 и трубкой 24 втулки 3, обусловленная реакцией панциря 14 на натяжение струны 9. зование 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= g (F/2ëïf), $ = (lsd, +28sb, +mNA) (d, +d ) /9 sd, . ?=sn/m, b, =NA/, s, где m -число слоев намотки нити 6 в катушке 5;
35 s --шаг намотки в одном сяое;
N -число элементарных волокон
13 в нити 6;
g-объемная доля волокон в обмотке катушки 5;
А -площадь сечения элементарного волокна, A=md /4;
d, -диаметр элементарного волокна 13;
d -диаметр ступени 23 колка;
d, -диаметр колка 4 в месте его контакта со струной 9;
dz — диаметр струны 9;
Ь, — средняя толщина одного слоя намотки в катушке 5;
50 b — толщина стенки трубки 25 втулки 3; — длина катушки 5 вдоль оси колка 4.
Пример. Устройство для натя55 жения струн фортепиано. Натяжения струн настроенного инструмента лежат в пределах от 70 до 150 кгс. Максимальное натяжение струны при наст40
Основную часть крутящего момента воспринимает плита 15 через катушку
5, которая скреплена с плитой связующим 8. При этом касательные напряжения в плите ниже допустимого значения (они меньше натяжения струны 9, деленного на плошадь цилиндрической поверхности ступени 23, и не превосходят 100 кгс/см ). Что каса-!
О ется нормального напряжения, которое в известных устройствах с запрессовкой колка является основной причиной расшатывания колка,,то в данном устройстве оно компенсировано натяжением витков катушки 5 и sa ee пределы не передается. В катушке 5 тангенциальная ориентация волокон
13 обеспечивает максимальное испольI 26747 1 райке 1 =175 кгс. Нить 6 плотностью I со<.танлена ных волокон и пропитана связующим. Число круток
1 см длины. В катушке 5 с линейной из арамидэпоксидным нити — 1 на нить растянута до среднего напряжения в волокнах 0 = G/NA, созданного натяжением Г на стадии намотки. Связующее, отвержденное после намотки, свободно от растягивающего напряжения.
Нить достигает предела упругости при среднем напряжении в волокнах ,=2,8 1 Па и натяжении Tp = 11Л 4
Для значений f=0,4; -9 =0,7; b< ==0,2 мм; do =12 мкм; d„= с1 = 7 мм, с1 1 мм; 1 = 20 мм, приведены параметры трех вариантов выполнения устройства:
1) f =20 текс; N =124; Т =39,3
Н=4,00 кгс; s = 0,2 мм; ш=l; n=-100;
G=8,364, Н =852,6 гс =0,21 Т, <
=0,596 ГПа = 0,216
2) то же, íî m=2 n=200; G=-4,237, Н=432,0 гс = 0,11 Т,; 6 =0,30? ГПа
=О, 116,;
3) (=5 текс; N=31; Те =-9,82 Н
=1,00 кгс; s=0,1 мм; m=2; n=400;
G =2,091 Н=213,2 гc = 0,21 Тс,, С =
=0,596 ГПа = 0,216, Условие долговечности <1 0,4 4„ обеспечивающее для арамидного волок— на срок службы более 100 лет, выполнено с избытком.
Возможны другие варианты выполне— ния устройства. Катушка 5 выполнена секционированной по длине втулки 3, с числом слоев больше двух, с измене нием натяжения 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 !3 нити 6 выполнены из стекла, либо най лона, однако эти материалы уступают ароматическим полимерам типа арамида в 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 наl0 дежность инструмента и облегчает его настройку. Не требующий соблюдения посадочных размеров контроль над величиной давления и исключение операции запрессовки колка снижают !
5 трудоемкость изготовления музыкального инструмента, упрощают его ремонт .
Формула изобретения
2. Способ сборки устройства для натяжения струн музыкального инструмента, заключающийся в размещении и фиксации втулки и колка в гнезде вирбельбанка, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что перед размещением втулки в гнезде вирбельбанка в ней закрепляют колок посредством ее обжатия, а фиксацию осуществляют отверждаемым связующим после размещения втулки с колком в гнев 1е вирбельбанка, 40
l. Устройство для натяжения струн музыкального инструмента, содержащее размещенные в гнезде вирбельбанка втулку с колком, о т л и ч а ю—
2S щ е е с я тем, что, с целью повышения качества звучания инструмента и долговечности вирбельбанка, оно снабжено жестко соединенной с втулкой катушкой иэ упругорастянутой ни—
3Q ти, при этом катушка установлена в гнезде вирбельбанка с зазором для заполнения его жидким связующим.! ? 6 l > 7 3
4-А
13
13
Е
Диг. 3
12á 7473 авиа. Ф
4 ив. Е
Составитель О. Болдырев
Редактор И. Касарда Texpep ll.Сердюкова Корректор В. Бутяга
° -т
Заказ 5783/50 Тираж 358 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
