Brevet FR2013376A1 — publié le 19700403

La présente invention concerne des ensembles à tambour magnétique, comme ceux utilisés pour l'enregistrement, la conservation et la restitution de données. Un tambour magnétique classique tourne sur un arbre rigide 5 dont chacune des extrémités porte un palier. L'un des paliers est fixé dans le châssis de support. Le palier monté sur l'autre extrémité peut coulisser librement dans le sens axial par rapport au châssis de support pour permettre la dilatation ou la contraction du tambour dans ce sens. Un tel mouvement se produit lorsque le 10 tambour est chauffé ou refroidi par rapport à son châssis de support. Lorsqu'un tambour est supporté de cette façon, le défaut d'alignement entre la tête d'enregistrement ou de lecture et la piste à l'une des extrémités du tambour est proche de 0, tandis que les tensions thermiques et le défaut d'alignement entre la tête magné-15 tique et la piste sur l'extrémité opposée sont proportionnels à la longueur du tambour. Dans un tambour monté de façon classique comme décrit ci-dessus, l'usure des paliers contribue au défaut d'alignement axial des paliers. Lorsque les bagues des roulements ne sont pas rnônitêes 20 exactement à angle droit par rapport à l'arbre, les tensions maximales auxquelles les roulements sont exposés augmentent de façon considérable, ce qui limite la durée de service et la sûreté des roulements. Les tambours montés de façon classique sont en outre surchargés fréquemment, même pendant le fonctionnement 25 normal, parce que les tambours ne sont pas parfaitement symétriques dans la pratique, et ne sont donc pas parfaitement équilibrés pendant leur rotation. Les paliers de ces tambours sont également très sensibles aux chocs et aux vibrations pouvant se produire pendant le transport, pendant l'entretien normal ou lorsqu'ils 30 sont utilisés à des fins militaires ou dans l'espace. Il existe une corrélation entre un grand nombre des inconvénients de tambours classiques, et ces inconvénients deviennent particulièrement graves lorsque les dimensions des tambours sont importantes. Par exemple, plus l'ensemble à 35 tambour est lourd, plus les paliers nécessaires à son support sont importants. Des paliers plus grands impliquent à leur tour une charge à vide plus importante, donc également une charge plus grande du moteur entraînant le tambour. Cette charge accrue 69 23749 2 2013376 entraîne une plus grande dissipation d'énergie et, fréquemment, des gradients de température plus grands dans le carter du tambour, ainsi que des défauts d'alignement plus importants entre les parties fixes et les parties mobiles de l'ensemble à tambour. 5 En outre,1'importante capacité thermique du tambour plus lourd se traduit par une très grande sensibilité aux chocs thermiques. De plus, les paliers plus grands nécessaires pour supporter le tambour plus lourd ne peuvent pas être fabriqués avec la même précision que les paliers de plus faibles dimensions. Tous ces facteurs 10 entraînent non seulement une diminution de la capacité de l'ensemble à tambour, mais également une réduction de la densité d'enregistrement sur la surface latérale (des pistes magnétiques et des marges plus larges sont nécessaires) parce que le défaut d'alignement axial entre le tambour et les têtes magnétiques est plus grand, 15 ce qui annule en partie le but recherché en premier lieu (augmentation de la capacité de la mémoire) en rendant le tambour plus grand. En fait, les tambours représentent l'une des formes les plus sûres des mémoires électromécaniques connues à ce jour. 20 Ils permettent également des temps d'accès très rapides et le prix de revient par bit est relativement bas. Toutefois, le besoin de mémoires de capacités plus importantes a conduit à des tambours classiques qui sont souvent des ensembles mécaniques compliqués encombrants qui ne peuvent pas être compétitifs avec 25 des mémoires d'autres types, ni économiquement, ni au point de vue sûreté de fonctionnement. L'un des objets de l'invention est un tambour magnétique dans lequel les inconvénients mentionnés ci-dessus sont éliminés ou atténués, dans lequel le défaut d'alignement entre la tête 30 magnétique et la piste pendant le fonctionnement normal est réduit, par exemple, et qui présente en outre des avantages tels qu'une grande sûreté de fonctionnement, une faible différence de dilatation entre le tambour et son carter, une charge minimale des paliers, une forte résistance aux chocs et aux vibrations, 35 un montage et un entretien simples, l'absence de tolérances de fabrication critiques, etc. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le tambour est creux et est précontraint dans le sens axial; cette 69 23749 3 013376 précontrainte est maintenue pendant la rotation du tambour. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tambour comporte des flasques flexibles portant chacun dans leur centre» par exemple, l'une des bagues d'un roulement-dont l'autre bague 5 est fixée à un carter' ou à un autre support du tambour. Le tambour peut être précontraint par le fléchissement des flasques en exerçant une force dans le sens axial sur les zones centrales des flasques, par exemple en écartant l'un des paliers de l'autre dans le sens axial du tambour. 10 Lorsque chaque flasque flexible est fixé à une partie d'un palier, et lorsqu'une autre partie de ce palier est fixée à son tour au carter, toute différence de dilatation entre le tambour et son carter est absorbée par les éléments flexibles . Tout défaut d'alignement entre les têtes magnétiques (qui sont montées 15 dans le carter) et les pistes sur le tambour, peut seulement être la moitié du défaut d'alignement dans les tambours classiques de la même longueur, dans le cas le plus défavorable. L'utilisation d'un tambour d'un poids réduit et comportant un cylindre relativement mince disposé très près d'une paroi 20 périphérique relativement lourde d'un carter de tambour peut également contribuer à l'atténuation des inconvénients mentionnés. En utilisant un tel agencement, la chaleur peut rapidement être transmise entre le carter et le tambour par convection forcée et radiation, pendant le fonctionnement, ce qui réduit la diffé-25 rence de température entre le tambour et son carter à une valeur minimale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre et des dessins annexés sur lesquels : 30 La figure 1 est une coupe axiale d'un ensemble à tambour selon l'invention. La figure 2 est une coupe axiale d'une partie d'un des éléments flexibles. Les figures 3a et 3b illustrent de manière schématique 35 de quelle manière une différence de dilatation entre le carter et le tambour affecte la position de ce dernier. Le tambour illustré à la figure 1 est muni d'un carter épais 10 monté dans le récipient étanche 12. Le carter comprend 69 2374f 4 2013376 des flasques 14 et 16 et un cylindre 18. Plusieurs têtes magnétiques 19a» 19b •..19n, dont deux seulement, à savoir 19a,et 19n sont représentées, sont montées dans le cylindre 18. Les circuits associés au tambour ne sont pas représentés, ils peu-5 vent être disposés dans le cadre annulaire 20. Le tambour 22 lui-même est en une matière de faible densité,telle que de l'aluminium, et son épaisseur est par exemple de 1,5 ma pour- un tambour d'environ 150 mû de diamètre. Le tambour se trouve seulement à une très faible distance du 10 cylindre 18; cette distance est de l'ordre de 0,25 à 0,75 ram„-Le cylindre 18 est plusieurs fois plus épais que le tambour; son épaisseur peut être, par exemple de 12,5mm. Les flasques 24 et 26 du tambour doivent avoir le même coefficient de dilatation que le tambour, ils peuvent avoir la 15 même épaisseur et être constitués par la même matière que le tambour. Ces flasques agissent comme éléments flexibles de la manière décrite par la suite. Les flasques sont coniques et forment un angle d1 environ 7° à 87° par rapport à 1'axe du tambour pour que la rigidité dans" le sens de l'axe soit suffi-20 santé ( plus le cône est effilé, plus la rigidité du flasque est importante). Comme expliqué également par la suite, les flasques 24 et 26 sont mis sous tension à 1'usine en les tirant vers l'extérieur, c'est-à-dire en les écartant du centre du tambour» 25 Le tambour est monté symétriquement à l'intérieur du carter aux extrémités opposées de celui-ci. La description détaillée de son montage peut donc être limitée à l'une des extrémités. Le flasque 24 est attcnhé au corps du palier 30 par la vis ~ih qui. est maintenue dans 1 'éor-ou 33 roulement double 3'i ,32. Un axecreux 36 passe par une ouverture dans le flasque 14 du carter. Le diamètre extérieur de cet axe est légèrement supérieur au diamètre intérieur des bagues intérieures du roule-35 ment double 31,32. Toutefois, comme cet axe est creux, sa flexibilité permet son emmanchement à force dans le roulement double. La paroi de l'axe est suffisamment mince pour éviter lou-e déformation côrieus-ï det bagues intérieures des roulements! BAD ORIGINAL 69 23749 5 2013376 des tolérances de fabrication- étroites ne sont pas nécessaires. Il n'y a plus de jeu entre le roulement double et l'axe 36 après l'assemblage et les opérations de serrage décrits dans ce qui suit. Des écrous 38 et 40 sont prévus aux extrémités opposées 5 de l'axe 36. Des moteurs identiques (par exemple des moteurs à induction à courant alternatif) sont montés aux extrémités opposées du tambour et assurent son entraînement. Ils fonctionnent simultanément et tournent à la même vitesse et, comme les moteurs 10 peuvent .être choisis de sorte que l'un d'eux est en mesure d'entraîner tout le système, la sûreté de fonctionnement de l'ensemble est accrue. La disposition symétrique des moteurs assure également une distribution et un écoulement équilibrés de la chaleur, de même que des gradients de température nettement plus petits dans 15 le carter et dans le tambour que lors de l'emploi d'un moteur unique monté à l'une des extrémités du tambour. Chaque moteur comprend un stator 42 et un rotor 44. Ce dernier est monté sur le corps de palier 30 avec interealation éventuels d'une garniture 46. Le stator 42 est fixé, au .carter. 20 L'élément annulaire 54 forme un écran magnétique. Il a pour but de protéger le tambour et les têtes d'enregistrement contre le champ magnétique produit par le moteur. L'ensemble est monté sur des amortisseurs; deux de ces amortisseurs sont désignés par 50 et 52. Chaque amortisseur 25 comporte des extrémités métalliques et une partie médiane flexible en caoutchouc ou en une matière analogue. Lors de l'ajustement à l'usine du tambour selon l'invention, ajustement qui est effectué après l'assemblage de toutes les parties du tambour et du carter illustrées, à l'exception 30 du flasque 14, du moteur 40,42 et du palier, on mesure avec précision la différence de jeu entre la surface d'appui 18a de l'extrémité du cylindre 18 et le flasque 14 d'une part et la surface d'appui de la partie centrale cylindrique du flasque 24 du tambour et la bride du corps de palier 30 d'autre part. 35 On place ensuite des cales dans la zone 61 entre le flasque 14 et son corps de palier pour former un intervalle prédéterminé entre les surfaces d'appui du flasque 24 du tambour et du corps de palier 30» cet intervalle étant égal à la déflexion 69 23749 6 2013376 des flasques 24 et 26 du tambour lorsque l'ensemble est terminé. Lorsque les ajustements décrits ci-dessus sont terminés, le flasque 14 et toutes les pièces qu ' iol sis,upp-ôriîé s'ont montés sur le carter et une clef à longue tige à une tête à 5 six pans est introduite dans l'ouverture de l'axe 36, puis engagée dans la vis 34 pour la serrer. Les flasques flexibles 24 et 26 sont alors mis sous tension du fait que le centre du flasque 24 est tiré en direction du flasque 14 du carter. Comme le montre la figure 2, qui représente la déformation du flasque 10 de manière exagérée, le flasque 24 est tiré-; vers le haut sur une distance d (qui est de l'ordre d'un centième de mm) jusque dans la position représentée par la ligne en traits Interrompus 24a. Le flasque 26 (figure 2) est tendu en même temps. La différence entre la dilatation du tambour et du carter 15 est très faible. La raison en est que la distance entre le tambour et le cylindre18 est très faible, et que 1 épaisseur du tambour est très mince par rapport à celle du carter. Lorsque l'un des éléments devient plus chaud que l'autre, la chaleur est très rapidement transmise à l'autre élément à travers 20 l'intervalle séparant les deux éléments; cette transmission s'effectue à la fois par convection forcée et par radiation . La capacité thermique et la constante de temps (par rapport à l'environnement à l'extérieur du récipient étanche 12) du carter sont très élevées par comparaison avec la capacité thermique et 25 la constante de temps(par rapport au carter) du tambour. Il s'ensuit que la température du tambour s'adapte très rapidement à celle du carter (ce qui devient à dire que les deux éléments ont tendance à avoir presque la même température à tout moment) et que la sensibilité aux chocs thermiques extérieurs est 30 excellente. Toute différence de dilatation qui risque de se produire est absorbée par les flasques flexibles 24 et 26 de la façon illustrée schématiquement aux figures 3a et 3b. Lès flèches 60 et 62 indiquent les directions "suivant lesquelles 35 les flasques 24 et 26 sont mis sous tension. Lorsque le carter se dilate et se contracte, le mouvement est presque entièrement absorbé par les flasques et les dimensions- du cylindre du tambour ne varient pas de manière notable, comme le montre la figure 3a. t,9 23749 7 2013376 Le mouvement produit par l'expansion et la contraction du tambour est également absorbé par les flasques 24 et 26, comme le montre la figure 3b. Dans un tambour classique, qui est seulement fixé par 5 l'une de ses extrémités à son arbre de support, et dont l'autre extrémité peut se déplacer librement par rapport à cet arbre, le décalage d'une piste par rapport à sa tête magnétique est prës de 0 à l'une des extrémités du tambour, tandis que ce décalage est proportionnel à la longueur du tambour à l'autre 10 extrémité, c'est-à-dire à l'extrémité libre. Dans l'agencement selon l'invention, il n'y a au contraire aucun déclage entre une tête magnétique et la piste associée au milieu du tambour, même en cas de différence de dilatation entre 1e' tambour et le carter, parce que le montage est équilibré et parce que les paliers du 15 tambour sont fixés au carter aux deux extrémités. Le décalage maximal entre une tête magnétique et la piste associée se produit aux deux extrémités du tambour, ce décalage étant également proportionnel à la longueur du tambour. Toutefois, ce décalage représente seulement la moitié du décalage d'un tambour classique 20 ayant la même longueur pour la même différence de dilatation thermique. On a trouvé en outre que les effets de la dilatation thermique dans 1'ensemble à tambour selon 1'invention sont négligeables sur une importante gamme de températures. Comme mentionné ci-dessus, la précontrainte dans le sens 25 axial du tambour selon l'invention a tendance à écarter les flasques 24 et 26. La mise sous tension de ces éléments provoque un raidissement du tambour et augmente la fréquence de résonance, ce qui le rend moins sensible aux vibrations et aux chocs„ Différentes sortes de vibrations peuvent se produire dans 30 le tambour selon l'invention. Les vibrations de fréquences élevées ne causent pas de problème si 1'auto-amortissement de la matière constituant le tambour est suffisant ou si l'on applique des enduits d1 amortissement. Si les flasques du tambour sont concçus de façon appropriée 35 il se produit seulement une faible fréquence de résonance qui est dans la zone ou à proximité de la zone d'utilisation. Cette fréquence de résonance est due à la masse du tambour et au déplacement des flasques par unité de force, ces flasques oscillant- 69 23749 s 2013376 « longitudinalement suivant l'axe de rotation. La fréquence de résonance peut être augmentée en diminuant le déplacement par unité de force des flasques. Toutefois, le procédé préféré pour obtenir ce résultat est de mettre les flas-5 ques coniques sous tension plutôt que de diminuer l'angle de conicité. De légères imperfections de la géométrie du tambour et des flasques produisent généralement une fréquence relativement faible qui est difficile à prévoir avec précision. Un léger gauchissement du montage entraîne un déplacement 10 par unité de force dont la valeur initiale est très élevée. L'application de la précontrainte a tendance à faire disparaître les légères irrégularités du tambour. Une autre amélioration de la fréquence de résonance lorsque la tension augmente provient de la non-linéarité de la caractéristique élastique d'éléments 15 coniques. Lorsque le cône est plat (la paroi faisant un angle de près de 90° avec l'axe), les tensions initiales lors de la déformation sont principalement des tensions de fléchissement. Toutefois, les tensions de compression dans la paroi augmentent rapidement à leur tour, de sorte que la caractéristique élastique 20 augmente de manière notable lorsque la déformation s'accentue, La faible épaisseur de la paroi du tambour, procure l'avantage supplémentaire d'un poids très réduit; ce poids se situe entre 1/10 ® rae et 1/20®me du poids d'un tambour classique ayant les mêmes dimensions. Cë poids réduit est un avantage important 25 du tambour selon l'invention puisqu'il élimine toute une série des causes majeures des défaillances des roulements dues à des chocs, des vibrations, des défauts d'alignement, des charges non équilibrées, etc. De même, il permet l'utilisation du tambour sous des conditions relativement sévères d'exposition à des chocs mécaniques 30 et thermiques, à des vibrations, etc. Du fait de son faible poids le tambour peut être porté rapidement à sa vitesse de rotation. La charge relativement faible sur les paliers augmente en outre de manière considérable leur durée de service. Sous des conditions de fonctionnement normal, les roulements sont'sous une charge qui 35 dépasse seulement de peu les conditions de charge ajustées à l'usine pour les roulements doubles et la durée de service théorique peut approcher la limite prévue lors de la conception des roulements, qui se situe aux alentours de 100 000 heures. Il est 69 23749 9 2013376 à noter, à titre de comparaison, que des durées de service' de 10 000 heures seulement sont difficilement obtenues avec des tambours montés de manière classique. Bien que le tambour selon 1'invention ait été mis sous 5 tension dans le sens axial par un écartement des flasques du centre, du tambour, les caractéristiques de fonctionnement de ce dernier sont également corrects lorsqu'il est précontraint en sens contraire. Une telle précontrainte peut être obtenue en augmentant l'épaisseur des c à.les prévues dans le flasque 14 10 (mentionné ci-dessus), de manière à provoquer une compression du tambour dans le sens axial. Il est également à noter que les flasques flexibles tronconiques peuvent être inversés, c'est-à-dire disposés de sorte que leur sommet est dirigé vers les flasques du carter 14 et 16, et que les bases des cônes sont tour-15 nées vers le centre du tambour. La tension axiale peut dans ce cas également être appliquée dans un sens ou dans l'autre. Il est généralement préférable que les forces exercées sur les éléments flexibles en forme de cônes soient dirigées depuis le sommet en direction de la base des cônes lorsque ces 20 derniers sont plats. Le tambour peut être précontraint vers l'intérieur ou vers l'extérieur et le sommet des cônes peut être dirigé soit vers l'intérieur, soit vers l'extérieur lorsque les tambours sont relativement longs. Les sommets des cônes sont de préférence tournés vers l'extérieur de manière à augmenter la 25 résistance à la torsion d'un tambour de faible longueur afin d'écarter les supports au maximum. Lorsque l'encombrement joue un rôle, comme cela peut être le cas pour des tambours de grandes longueurs, les sommets des cônes doivent être tournés vers l'intérieur afin de gagner de la place pour le montage des 30 moteurs et de réduire ainsi la longueur hors tout de l'ensemble. Il est généralement préférable de prévoir une mise sous tension du tambour par une traction plutôt que par une compression afin de mieux faire disparaître les irrégularités que peut présenter la mince paroi cylindrique du tambour. 35 II est généralement préférable d'exercer une tension rela tivement forte sur le tambour: toutefois, lorsque la tension est trop importante, elle peut sérieusement affecter la durée de service des roulements. C'est pourquoi la tension appliquée dans 69 23749 10 2013376 * la pratique constitue une valeur de compromis. Il s'est avéré qu'une pression d'environ 23 kg convient bien pour des tambours de petits formats, ayant un diamètre d'environ 150 à 200 mœj cette valeur dépend dans une certaine mesure des applications 5 particulières prévues. Dans une forme de réalisation pratique, la rigidité des flasques du tambour est choisie de sorte qu'une déformation de 0,05 mm, provoquée par la précontrainte des flasques flexibles, est nécessaire pour obtenir une pression approximative de 23 kg. De telles valeurs permettent également .. 10 suffisamment de tolérances dans l'ajustement des cales, comme décrit ci-dessus. Pour la forme de réalisation illustrée, la précontrainte des paliers lors de la fabrication était d'environ 14 kg. La valeur nominale de la précontrainte du tambour, comme décrit cl-15 dessus, est de 23 kg. L'angle de conicité est d'environ 80° par rapport à l'axe du tambour, avant la précontrainte de celui-ci. Bien que la forme de réalisation illustrée comprenne deux moteurs, un à chaque extrémité du tambour, certaines formes de réalisation de l'objet de l'invention peuvent comporter un 20 seul moteur, monté à l'une des extrémités du tambour, lorsque ce dernier est relativement court dans le sens axial, ou lorsque le prix de revient joue un rôle important. Les paliers dans un tel ensemble sont les mêmes que ceux illustrés et décrits, seuls le rotor et le stator d'un moteur étant supprimés. 69 23749 2013376 REVENDICATIONS 1. Ensemble à tambour magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un tambour magnétique rotatif creux muni d'éléments pour appliquer une précontrainte dans le sens 5 axial au cylindre du tambour et pour maintenir cette précontrainte pendant la rotation. 2. Ensemble à tambour selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre du tambour est précontraint par une traction. 10 3. Ensemble à tambour selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tambour comporte des flasques flexibles disposés perpendiculairement à 1 1 axe du tambour, et des éléments agissant axialement sur des zones centrales de ces flasques pour précontraindre le cylindre du tambour par 15 le fléchissement des flasques. 4. Ensemble à tambour selon la revendication 3» caractérisé en ce que les flasques flexibles ont la forme d'un cône tronqué. 5. Ensemble à tambour selon la revendication 4, 20 caractérisé en ce que les sommets des flasques sont dirigés vers l'intérieur du tambour. 6. Ensemble à tambour selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les premières bagues d'une paire de roulements montés axialement l'une à coté de l'autre, sont 25 fixées au milieu des flasques, les autres bagues des roulements étant fixées à un carter de support du tambour. 7. Ensemble à tambour selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments prédéterminant les emplacements axiaux relatifs des paliers, et des éléments 30 de butée et d'appui déterminant le fléchissement des flasques fixés aux premières bagues des roulements. 8. Ensemble à tambour selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le support du tambour est constitué par5 un carter de tambour disposé coaxialemsnt par rapport à celui- 35 ci et portant des têtes magnétiques tournées vers la surface 69 23749 ^ 2013376 latérale du tambour et coopérant avec celle-ci. 9 - Ensemble à tambour selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi du cylindre du tambour est mince par rapport à l'épaisseur du carter, et est disposée à une faible 5 distance de ce carter afin de réduire la différence de température entre le tambour et le carter à un minimum. 10 - Ensemble à tambour selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi du cylindre du tambour est inférieure à 2,5 Hinî, et en ce que l'épaisseur de l'intervalle 10 annulaire entre le tambour et le carter ne dépasse pas 0,75 mm„ 11 - Ensemble à tambour magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend un tambour magnétique ayant un axe de rotation et des flasque flexibles traversés par cet axe, deux roulements comportant chacun deux bagues, et fixés chacun par l'une de ses 15 bagues à un flasque différent, chaque roulement étant disposé symétriquement par rapport à cet axe et un carter de tambour ou un autre support dans lequel le tambour est monté en rotation et • auquel est fixée l'autre bague de chaque roulement. 12 - Ensemble à tambour magnétique, caractérisé en 20 ce qu'il comprend un tambour d'une épaisseur de paroi relativement faible, disposé dans un carter, l'épaisseur du tambour étant inférieure à 2,5 mm, ce qui correspond à une fraction de l'épaisseur du carter et le tambour étant espacé de la surface intérieure du carter d'une distance qui ne dépasse pas 0,75 mm. 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