un progetto originale di biella salva bronzina? Per gli appassionati è sicuramente un’esperienza affascinante osservare il giradischi analogico mentre riproduce il disco nero.
In tutti questi anni di militanza nell’universo analogico, ho sempre soffermato la mia attenzione indistintamente su tutti gli elementi che compongono la sorgente.
Ultimamente osservando con maggiore attenzione anche il funzionamento della meccanica di trascinamento in molti casi bistrattata in quanto si crede erroneamente destinata solo a far ruotare il disco a velocità costante, senza ulteriori implicazioni sulla qualità della riproduzione, mi sono posto il seguente interrogativo.
E’ vero che nel caso di un giradischi con trazione a cinghia, l’elasticità di quest’ultima e la conseguente pressione esercitata sul bordo del piatto allo scopo di ottenere il giusto grip a lungo andare possa causare problemi al perno-cuscinetto in particolare alle sue bronzine tanto da comprometterne il corretto funzionamento ma soprattutto la silenziosità?
La domanda è lecita e abbisogna di una risposta ponderata.
- TIPOLOGIE DI PERNO/CUSCINETTO
Onde sviscerare l’interrogativo, prima di addentrarmi in considerazioni tecniche, bisogna chiarirsi le idee facendo una distinzione tra le tipologie di perno-cuscinetto oggi adottate ossia:
- Quello che ha il punto di appoggio (bilia reggispinta) collocato molto in basso rispetto al baricentro del sistema rotante, tipologia questa adottata nella stragrande maggioranza dei casi;
- Quello che invece viene denominato a perno rovesciato, avente il punto di appoggio molto prossimo al baricentro del sistema rotante o leggermente superiore nei casi di progettazione particolarmente accurata;
Un corpo è considerato una “Massa Pura” quando il suo punto di rotazione, determinato dal contatto della bilia reggispinta con il fondo del pozzetto, coincide con il suo baricentro.
Nel caso a) la bilia è collocata molto al di sotto del baricentro del piatto. Pertanto il perno che in questo caso ruota all’interno del cuscinetto, finanche il sistema rotante sia bilanciato dinamicamente, non gode affatto di equilibrio rispetto al suo punto di appoggio.
Difatti se tentiamo di appoggiare la bilia reggispinta su un piano tenendo in equilibrio il piatto con le dita dalla parte superiore del perno, come fosse una trottola, tutto va bene ma non appena lo lasciamo esso cade di lato.
In una normale trazione a cinghia, in quest’ultimo caso, a complicare tutto si aggiungerà anche la trazione esercitata da quest’ultima. Perciò le bronzine rimanendo ferme, al contrario del perno che ruota, vengono sottoposte a logorio non sull’intera circonferenza, il che sarebbe auspicabile, ma come già detto su un settore angolare con conseguente diminuzione della superficie laterale di contatto.
Ciò si traduce in un carico maggiore per unità di superficie della bronzina che pertanto dà origine ad un aumento dell’attrito e conseguente aumento del rumore.
Nel caso b) il cuscinetto soffre di minori problematiche in quanto la bilia reggispinta, trovandosi in posizione leggermente superiore rispetto al baricentro del sistema rotante, fa in modo che il piatto si comporti come un pendolo che, nel caso di piatto bilanciato dinamicamente, terminerà la sua oscillazione fermandosi perfettamente in bolla.
Pertanto l’unica bronzina solidale al piatto posta inferiormente alla bilia, in particolare il suo bordo interno, visto che il piatto è in bolla viene a contatto con l’intera superficie laterale del perno rovesciato e pertanto non fa altro che bloccare sul nascere le oscillazioni del sistema rotante. In questo caso il sistema piatto/perno risultando appeso alla bilia ed essendo bilanciato dinamicamente lavora perfettamente in equilibrio sul punto di appoggio e risulta centrato rispetto all’unica bronzina inferiore.
Un perno cuscinetto così concepito risulta assai silenzioso e con attriti ridottissimi in quanto il piatto è un sistema autoequilibrante e la sua bronzina che in questo caso ruota, al contrario del perno che rimane fisso, viene a contatto con quest’ultimo lungo l’intera circonferenza.
A questo punto entra in gioco la cinghia che venendo a contatto col bordo del piatto che coincide con il piano orizzontale passante per la bilia, quindi di poco superiore al baricentro, non guasterà più di tanto gli equilibri in quanto preme orizzontalmente sul medesimo piano ove giace il vincolo orizzontale che per effetto della massa del sistema rotante non subisce nessuno spostamento.
Quest’ultimo comportamento lascerebbe propendere per i giradischi a trazione diretta che non soffrono di detta problematica visto che l’asse dell’albero motore, per ovvie ragioni coincide con l’asse del piatto.
A migliorare la situazione è l’effetto radiale determinato dal mutuo intervento sia dei magneti che delle bobine collocati perimetralmente rispetto l’asse di rotazione, mentre il punto di appoggio è poco distante dal baricentro del sistema rotante.
2) CONSIDERAZIONI DI CARATTERE GEOMETRICO
Come sappiamo la cinghia di gomma elastica oppure di materiale inestensibile, nel mio caso costituita dalla coda di un nastro per registratore a bobina o in altri casi da un filo di Kevlar, di norma vengono a contatto con la circonferenza del piatto secondo un settore angolare più o meno ampio in diretta dipendenza della distanza tra gli assi di rotazione della puleggia motrice e del piatto.
Si può affermare che l’ampiezza del settore angolare a contatto con la cinghia di trasmissione risulta inversamente proporzionale alla distanza tra gli assi di rotazione. Ossia maggiore è la distanza puleggia perno minore sarà il settore angolare implicato e viceversa.
Pertanto, quando si acquista un giradischi, occhio alla distanza della puleggia motrice che dovrebbe essere assai prossima al bordo del piatto o del contropiatto, vedi Thorens, Linn o casi similari.
Se la distanza dovesse essere esagerata, oppure abbiamo a che fare con un giradischi munito di unità motrice separata, è proprio questa circostanza a dare origine a maggiori problemi sulle bronzine in quanto lungo la congiungente puleggia motrice perno, a causa della tensione della cinghia, si instaura una inevitabile spinta orizzontale che agisce sul bordo del piatto e di conseguenza sul perno.
Nel caso di giradischi con unità motrice separata l’ampiezza del settore angolare a contatto con la cinghia è ridotta e di conseguenza è ridotto il contatto tra perno e bronzine secondo il rispetto del medesimo settore angolare. Detta forza si scaricherà dal settore angolare della circonferenza del piatto verso il settore angolare diametralmente opposto della circonferenza delle bronzine.
Ciò comporta come già detto un funzionamento anomalo del perno che si traduce nell’aumento della sua rumorosità in quanto dal punto di vista del contatto radiale tra perno e bronzine esso non sarà centrato rispetto alla superficie laterale e alle infinite generatrici che la determinano.
Va detto che a seguito di questo comportamento, dopo anni di onorato servizio, qualsiasi bronzina risulterà inevitabilmente ovalizzata, anzi dirò di più la bronzina superiore si ovalizzerà dal lato diametralmente opposto rispetto a quella inferiore.
Ciò significa che il gioco tra perno e bronzine durante il funzionamento viene ad aumentare e l’asse del perno, anche se di pochissimo, verrà deviato e non coinciderà affatto con l’asse delle bronzine, come di norma dovrebbe accadere.
Questa circostanza, determinerà l’aumento del carico per unità di superficie sulle bronzine in quanto la loro superficie laterale non verrà totalmente a contatto col bordo del perno. Risultato?…. sballottolamento del perno all’interno delle bronzine che neppure un’ottima lubrificazione riuscirà ad attutire.
3) IDEE ILLUMINANTI
Per superare l’inconveniente alcuni brand produttori di giradischi a cinghia si sono cimentati, con i modelli top, nella risoluzione di questa problematica che è stata sviscerata e risolta mediante l’adozione di una serie di accorgimenti:
TIEN AUDIO, ad esempio, nel modello TT3 ha fatto in modo che il piatto venga trascinato da tre motori e quindi tre pulegge motrici che azionano una sola cinghia.
In questo caso il piatto e di conseguenza il perno-cuscinetto e le bronzine vengono sollecitati da tre forze radiali giacenti sul piano orizzontale con le proprie direttrici poste a 120° tra loro, ognuna coincidente con le rispettive bisettrici dei settori angolari determinati dai contatti tra cinghia e piatto.
Il contatto pertanto avviene secondo tre forze che sottendono tre angoli equivalenti dirette verso l’asse del perno. La conseguenza è che il perno-cuscinetto lavora perfettamente centrato all’interno delle bronzine e non viene, per così dire, sollecitato dall’azione elastica della cinghia solo su un settore angolare ma sull’intera circonferenza.
Quello che mi lascia perplesso è il contatto tra cinghia e piatto che avviene solo su tre settori di ampiezza assai ridotta determinando con ciò un grip inferiore.
Anche SIKORA TURNTABLE si è avvalsa di un espediente assai più complesso, avente lo stesso scopo. Nel modello REFERENCE il piatto viene trascinato da ben quattro motori con i rispettivi assi delle pulegge motrici equidistanti dal perno del piatto posti a 90° tra loro.Essi azionano rispettivamente quattro cinghie poste ad altezze differenti che aderiscono al piatto ognuna col rispettivo settore angolare.
In maniera non proprio similare, ma mossa dallo stesso intento, anche KUZMA nel modelloSTABI XL4 ha usato quattro motori i quali sono sistemati perfettamente contrapposti tra loro in due coppie. Essi muovono una cinghia per ogni coppia ed ambedue determinano di conseguenza il contatto sul bordo del piatto secondo quattro settori angolari le cui forze risultanti sono poste, anche in questo caso, a 90° tra loro.
In tutti questi casi il risultato finale comporta che il mutuo intervento dei settori angolari, determina il contatto delle cinghie sull’intera circonferenza del piatto e di conseguenza, anche in questo caso, il perno lavora perfettamente centrato rispetto alle bronzine e con un grip delle cinghie assai maggiore rispetto al primo caso. Ovviamente la rotazione dei motori è finemente tarata alla medesima velocità onde evitare fastidiosi contraccolpi durante il funzionamento. Ciò equivale, però, ad una inevitabile lievitazione dei costi.
Una piccola parentesi andrebbe aperta anche riguardo i giradischi a puleggia notoriamente più rumorosi, (non si offendano i loro estimatori), per le vibrazioni indotte dalla puleggia sul bordo interno del piatto o sul suo intradosso (vedi Lenco).
Anche in questo caso la puleggia di trascinamento, attraverso l’intervento di una molla che contribuisce a farla aderire sia alla puleggia motrice che al piatto, tende a spingere quest’ultimo verso l’esterno generando la medesima problematica dei piatti a cinghia, ossia una forza orizzontale che si ripercuote sul perno che di conseguenza opera a scapito della corretta funzionalità delle bronzine.
REED nel modello Muse 1C ha risolto il problema delle vibrazioni indotte dalla puleggia e dalla spinta esercitata sul bordo del piatto mediante il raddoppio delle pulegge motrici con i loro assi di rotazione in posizione diametralmente opposta rispetto all’asse di rotazione del piatto, ciò allo scopo di neutralizzare le vibrazioni avvalendosi del terzo principio della dinamica e soprattutto nell’intento di eliminare la spinta unilaterale esercitata sul perno e di conseguenza sulle bronzine col metodo di trazione classico.
- IL MIO PROGETTO
Appassionato di meccanica, nell’intento di ridurre le vibrazioni e la rumorosità del cuscinetto, anch’io ho voluto cimentarmi in un progetto che non stravolgesse l’impostazione originale del mio giradischi ma che comunque potesse garantirmi un buon risultato. Difatti nonostante sia in possesso di una macchina di indubbio livello oltre che di alta precisione, ho studiato e messo in pratica una modifica utile al miglioramento delle prestazioni.
Per risolvere il problema, ho dovuto mettermi alla prova a lungo pensando a quale potesse essere il sistema in grado di far lavorare perfettamente centrato all’interno delle bronzine il perno-cuscinetto del mio Micro Seiki RX 1500 com’è noto corredato di un perno non rovesciato. Il piatto è trascinato da un unico motore contenuto in unità motrice separata, mentre il punto di appoggio del perno notoriamente risulta molto più basso rispetto al baricentro del piatto.
Dalla sua il perno Micro Seiki sfodera performance di ottimo livello, ed allo scopo di migliorarle ulteriormente mi sono imposto la sfida di far lavorare questo pregevole esempio di meccanica in condizioni ancora migliori oltre che realizzare una modifica avente un impatto economico irrisorio rispetto alle migliorie introdotte. La sfida è stata ardua ma con l’applicazione e le reminiscenze dovute ai miei studi il progetto ha cominciato a prendere forma.
A dare un contributo decisivo al primo abbozzo che successivamente ho sviluppato e messo in pratica, non crederete, è stata la visione del film C’era una volta il west; vi chiederete come mai?
Difatti durante la scena dell’impiccagione, la ricorderete certamente, a far accendere la lampadina è stato proprio il cappio che scorre attraverso il nodo scorsoio e stringe il collo del malcapitato. Difatti, scusate il macabro paragone, dalle immagini si nota come il cappio agisca sull’intera circonferenza del collo che ho pensato, non a torto, essere paragonabile alla circonferenza del piatto.
Urgeva ideare un sistema che permettesse alla cinghia di scivolare all’interno di una specie di nodo scorsoio causando però il minimo attrito e nel contempo avvolgesse interamente il piatto. Abbandono immediatamente la visione del capolavoro di Sergio Leone e butto giù qualche schizzo. Successivamente avvalendomi di AutoCad ho progettato il sistema e successivamente ho eseguito un prototipo in lamiera di alluminio.
Finalmente dopo una serie di sperimentazioni, impegni di lavoro permettendo, durate circa un anno e dopo avergli conferito una veste estetica accettabile il progetto e la successiva realizzazione hanno finalmente assunto l’aspetto finale.
5) COME È FATTO
Passo a descrivere dettagliatamente il sistema costituito essenzialmente da una biella realizzata in materiale ben più solido rispetto al prototipo, ossia lamiera di acciaio inox AISI 304 tagliata col laser avente una lunghezza di circa 190 mm e spessore 6 mm lucidata a specchio, ove la sua concavità ricalca esattamente la convessità della circonferenza esterna del piatto.
Essa è predisposta per essere fissata saldamente alla base del giradischi Micro su una delle quattro torrette che servono per ospitare le basette porta braccio. Ciò avviene inserendo la torretta del giradischi in un foro di pari diametro posto su uno degli estremi della biella. Sulla torretta viene preventivamente inserito un distanziatore costituito da un anello di Delrin nero da 15 mm. di spessore il quale permette di posizionare la biella ad un’altezza corretta rispetto al bordo del piatto e della puleggia motrice.
Per bloccare definitivamente il tutto sulla torretta verrà poi avvitata una flangia anch’essa di acciaio inox fatta tornire appositamente. Sull’estremo opposto della biella, e precisamente lungo l’intersezione di quest’ultima col segmento congiungente l’asse della puleggia motrice e il perno del piatto, solidali alla biella trovano posto due piccole puleggine, (meglio carrucole) costituite da cuscinetti di precisione del diametro di 10 mm le cui superfici laterali distano tra loro appena 3 mm e solo 1 mm dal bordo del piatto.
Per evitare che la cinghia scarrucoli, gli assi di rotazione verticali di ambedue le carrucole devono risultare perfettamente paralleli all’asse di rotazione del piatto. A ciò provvedono quattro grani di acciaio posti a 90° tra loro predisposti per la precisa messa in bolla dell’intero sistema collocati sul lato di innesto della biella sulla torretta del giradischi.
6) IL COMPITO DELLE CARRUCOLE
A questo punto vi chiederete il compito di due carrucole a così poca distanza tra loro e dal bordo del piatto. Esse non fanno altro che guidare il percorso della cinghia, in modo da farla aderire sull’intera circonferenza del piatto, né più né meno come il nodo scorsoio guida la fune.
Difatti dalla puleggia motrice la cinghia passa attraverso le due carrucole si avvolge poi attorno al piatto, (alias collo), per l’intera circonferenza e ripassando attraverso le due carrucole va a chiudersi attorno alla puleggia motrice, nel mio caso, attorno alla puleggia del volano.
Risultando la biella e di conseguenza le carrucole solidali alla base giradischi, tensionando opportunamente la cinghia mediante lo spostamento dell’unità motrice, il perno-cuscinetto ed in particolare le bronzine non risentono affatto della pressione del perno solo su un settore angolare, come di norma accade.
Le carrucole solidali alla base giradischi mettono la cinghia nelle condizioni di aderire attorno all’intera circonferenza del piatto e di conseguenza fanno in modo che la rotazione del perno risulti perfettamente centrata all’interno delle bronzine mediante la spinta prodotta da una serie di forze radiali.
Come mai accade ciò:
Poniamo di far passare una corda facendola aderire attorno a due assi verticali coincidenti con due punti comunque disposti sul piano. Una volta che il tratto di corda compreso tra i due assi viene teso esso assumerà un andamento perfettamente rettilineo che costituisce la minor distanza tra i due punti.
Poniamo ora che i due assi verticali comunque disposti sul piano, coincidano con le generatrici di un cilindro; se mettiamo in tensione la corda il tratto di quest’ultima compreso tra i due assi si adagerà sul cilindro ed assumerà di conseguenza la forma del tratto di circonferenza compreso tra gli stessi. Ma vi è più, ogni punto della corda darà origine ad infinite forze dirette verso il centro della circonferenza ortogonali alle infinite tangenti.
Se consideriamo le tangenti passanti per gli infiniti punti che costituiscono il tratto di circonferenza, dal punto di vista fisico geometrico, da questi punti si dipartono una serie infinita di forze radiali perpendicolari alle tangenti tutte dirette verso il centro geometrico del tratto di circonferenza implicato ossia l’asse del perno.
In conclusione ciò significa che se i due punti ove aderisce la corda dell’esempio precedente coincidono con gli assi delle carrucole posizionati molto prossimi alla circonferenza del piatto, l’asse del perno cuscinetto e delle bronzine che lo sostengono verrà sollecitato da una serie di forze radiali che si dipartono dall’intera circonferenza del piatto verso il centro di quest’ultimo e non solo provenienti da un settore angolare.
Per tale ragione il perno si comporterà correttamente e durante la rotazione verrà a contatto con le bronzine del cuscinetto per l’intera circonferenza. Il risultato? Usura costante delle bronzine e conseguente maggiore silenziosità della rotazione.
La progettazione ha altresì tenuto conto che tale sistema all’occorrenza potesse essere in grado di adattarsi con una spesa minima ad altre meccaniche.
7) PROVE FINALI
Posso affermare con soddisfazione di aver raggiunto l’obiettivo che mi ero prefissato, in quanto venendo meno alcuni degli attriti anomali del perno cuscinetto, il piatto è sottoposto ad un maggior controllo della costanza di rotazione in quanto il perno è centrato rispetto alle bronzine.
Tengo a precisare che prima della realizzazione il piatto impiegava circa quattro minuti per fermarsi, ora impiega il medesimo tempo a testimonianza che la presenza delle carrucole non dà origine ad ulteriori attriti.
Le migliorie che ho apprezzato all’ascolto sono riferite soprattutto alle basse frequenze che risultano più definite e meno slabbrate oltre la notevole riduzione del rumble, praticamente assente, anche con subwoofer inserito.
La foto allegata illustra l’oggetto montato sul giradischi Micro Seiki, i singoli componenti che lo costituiscono e il suo funzionamento.
Allego inoltre gli elaborati grafici di progetto.
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