Springs 101 :Comprendre les bases et les types de ressorts

Les ressorts sont des composants mécaniques qui absorbent élastiquement les charges appliquées. Par "élastiquement", nous entendons que ces ressorts reviendront à leur position d'origine une fois que vous aurez supprimé la charge appliquée. Cela les rend utiles dans les applications qui exigent des capacités de stockage d'énergie ou d'absorption des chocs.

Cependant, il existe plusieurs types de ressorts, qui ont tous des conceptions différentes et sont adaptés à différents besoins d'application.

Dans cet article, nous reviendrons sur les bases des ressorts. Nous aborderons d'abord le principe de fonctionnement des ressorts puis aborderons les différents types de ressorts et leurs applications.

Loi de Hooke :comprendre le principe de fonctionnement de base des ressorts

La loi de Hooke décrit la façon dont les ressorts réagissent aux charges appliquées. Pour comprendre cette loi, considérons un simple ressort qui s'étend lorsqu'une charge (tige d'or) lui est appliquée, comme le montre la figure ci-dessous.

Figure 1 :Les ressorts obéissent généralement à la loi de Hooke
Source :Wikimedia Commons

Loi de Hooke indique que la quantité de force (ou de charge) nécessaire pour étendre ce ressort d'une certaine distance varie linéairement avec cette distance. En termes simples, cela signifie que la quantité de force (ou de charge) est directement proportionnelle au déplacement (ou déviation) du ressort. Donc, si vous ajoutez deux fois plus de force au ressort, cela étirera le ressort deux fois plus loin que le déplacement d'origine.

Mathématiquement, la loi de Hooke est représentée par :

                                                                                            F =-kX

Où :
F =Force (ou charge) appliquée au ressort
X =Déplacement du ressort
k =Constante de ressort (ou taux de ressort)

Le signe négatif dans l'équation de Hooke signifie que la direction de la force de rappel du ressort est opposée à la force qui provoque le déplacement. Ainsi, par exemple, tirer sur le ressort (extension) provoquera une force de rappel initiale. Cependant, gardez à l'esprit que la loi de Hooke ne s'applique que si la limite élastique du matériau du ressort n'est pas dépassée. Maintenant, nous allons couvrir six types de ressorts que vous devriez connaître.

Types de ressorts courants et leurs applications

Ressorts de compression #1

Les ressorts de compression sont des ressorts hélicoïdaux conçus pour résister aux forces de compression axiales, ce qui signifie qu'ils résistent aux forces qui ont tendance à les écraser ou à les presser.

Figure 2 :Ressort de compression

Vois-le de cette façon. Lorsque vous appliquez une force (ou une charge) à un ressort de compression, la force comprime (ou raccourcit) le ressort et lui fait stocker de l'énergie. Lorsque vous supprimez cette charge appliquée, le ressort libère de l'énergie et repousse la charge alors qu'il tente de revenir à sa longueur d'origine.

Les ressorts de compression apparaissent dans diverses industries, notamment les industries aérospatiale, médicale et automobile. Par exemple, vous trouverez ces ressorts dans les amortisseurs automobiles, les soupapes et les stylos à bille.

#2 ressorts d'extension

Les ressorts d'extension sont des ressorts hélicoïdaux qui résistent aux forces de traction, ce qui signifie qu'ils résistent aux forces qui ont tendance à les séparer. Ils comportent généralement un crochet à leurs extrémités qui sert de points d'attache.

Figure 3 :Ressort d'extension

Ces ressorts sont idéaux dans les applications où les composants ont tendance à se séparer, par exemple les portes de garage. Vous les trouverez également dans les pinces à mâchoires, les leviers de traction et les balances.

Ressorts de torsion #3

Les ressorts de torsion sont des ressorts de forme hélicoïdale qui exercent une force (ou résistent à la rotation et au couple) lorsqu'ils sont tordus. Contrairement aux ressorts de compression qui nécessitent une force linéaire pour pousser, les ressorts de torsion stockent (et libèrent) l'énergie de rotation via le couple, qui est l'équivalent en rotation d'une force linéaire.

Figure 4 :Ressort de torsion

Ces ressorts comportent deux pattes droites aux extrémités qui agissent comme des points de fixation et vous permettent d'appliquer un couple. Le couple fait tourner le ressort autour de son axe et stocke l'énergie de rotation. Cependant, les ressorts de torsion ont une amplitude de mouvement limitée (jusqu'à 360°) et sont idéaux pour les portes et les charnières, les contrepoids et les retours de levier dans les applications automobiles.

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#4 ressorts à lames

Les ressorts à lames sont constitués de plusieurs plaques métalliques plates et légères (de courbure similaire mais de tailles différentes) empilées les unes sur les autres. Ces plaques métalliques sont généralement serrées ou boulonnées, ce qui leur confère une grande résistance et flexibilité.

Figure 5 :Ressort à lames

Ces avantages les rendent idéaux pour les applications automobiles où il est nécessaire de fournir une grande quantité de support entre les roues, les essieux et le châssis de la voiture. De plus, ils peuvent absorber les chocs et les vibrations dans les véhicules utilitaires lourds tels que les camionnettes, les camions et les bus.

Cependant, les ressorts à lames ont une conception complexe et nécessitent une précision de fabrication précise pour en valoir la peine. L'usinage CNC fait partie des rares procédés de fabrication couramment utilisés pour créer ces ressorts avec précision.

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#5 Ressorts de jarretière

Les ressorts jarretières sont essentiellement des ressorts hélicoïdaux (ressorts d'extension ou de compression) reliés aux deux extrémités pour former une forme circulaire. Cette conception unique permet aux ressorts jarretières de fournir une forte force radiale dirigée vers leur centre.

Figure 6 :Ressort jarretière

Ils sont idéaux dans les applications où il est nécessaire de maintenir la pression, comme le système de transmission des véhicules et les joints de pompe hydraulique. En effet, la puissante force radiale d'un ressort jarretière crée un joint sous pression autour des tuyaux qui empêche les fuites ou la contamination par la poussière et les produits chimiques.

Ressort de disque #6

Les ressorts à disque sont des rondelles élastiques de forme conique généralement fabriquées en acier. Ils sont idéaux pour les applications qui présentent des charges très élevées dans des espaces limités, telles que les systèmes de freinage des véhicules et les régulateurs de pression.

Figure 7 :Disque ressort

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