Ressorts 101 : guide professionnel des types, fonctions et applications

Les ressorts sont des composants mécaniques qui absorbent élastiquement les charges appliquées. Par « élastiquement », nous voulons dire que ces ressorts reviendront à leur position originale une fois que vous retirez la charge appliquée. Cela les rend utiles dans les applications qui exigent des capacités de stockage d'énergie ou d'absorption de chocs.

Cependant, il existe plusieurs types de ressorts, tous ayant des designs différents et une adéquation pour différents besoins d'application.

Dans cet article, nous reviendrons aux bases des ressorts. Nous discuterons d'abord du principe de fonctionnement des ressorts, puis couvrirons 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, nous considérerons un ressort simple qui s'allonge quand une charge (tige dorée) lui est appliquée, comme montré dans la figure ci-dessous.

La loi de Hooke stipule que la quantité de force (ou charge) nécessaire pour étendre ce ressort sur une certaine distance est proportionnelle à cette distance. En termes simples, cela signifie que la quantité de force (ou charge) est directement proportionnelle au déplacement (ou déflexion) du ressort. Donc si vous ajoutez deux fois plus de force au ressort, il étirera le ressort deux fois plus loin que le déplacement original.

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 raideur du ressort (ou taux de raideur)

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 cause le déplacement. Donc, par exemple, tirer vers le bas sur le ressort (extension) causera une force de rappel vers le haut. Cependant, gardez à l'esprit que la loi de Hooke ne vaut que si la limite élastique du matériau du ressort n'est pas dépassée. Maintenant, nous couvrirons six types de ressorts que vous devriez connaître.

Types de ressorts courants et leurs applications

#1 Ressorts de compression

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 tendent à les comprimer ou presser.

Regardez-le ainsi. Quand vous appliquez une force (ou charge) à un ressort de compression, la force comprime (ou raccourcit) le ressort et le fait stocker de l'énergie. Quand vous retirez cette charge appliquée, le ressort libère l'énergie et repousse contre la charge en essayant de revenir à sa longueur originale.

Les ressorts de compression apparaissent dans diverses industries, y compris l'aérospatiale, le médical et l'automobile. Par exemple, vous trouverez ces ressorts dans les amortisseurs automobiles, les soupapes et les stylos à bille.

#2 Ressorts de traction (Extension Springs)

Les ressorts de traction sont des ressorts hélicoïdaux qui résistent aux forces de traction — ce qui signifie qu'ils résistent aux forces qui tendent à les séparer. Ils comportent généralement un crochet à leurs extrémités qui agit comme points d'attache.

Ces ressorts sont idéaux dans les applications où les composants tendent à s'éloigner, par exemple, les portes de garage. Vous les trouverez aussi dans les pinces, leviers de traction et balances.

#3 Ressorts de torsion

Les ressorts de torsion sont des ressorts de forme hélicoïdale qui exercent une force (ou résistent à la rotation et au couple) quand 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 rotationnel d'une force linéaire.

Ces ressorts comportent deux branches droites aux extrémités qui agissent comme points d'attache et vous permettent d'appliquer un couple. Le couple cause la rotation du ressort autour de son axe et le stockage d'énergie de rotation. Cependant, les ressorts de torsion ont une plage de mouvement limitée (jusqu'à 360°) et sont idéaux pour les portes et charnières, contrepoids, et retours de levier dans les applications automobiles.

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#4 Ressorts à lames (Leaf Springs)

Les ressorts à lames consistent en plusieurs plaques métalliques plates, légères (de courbure similaire mais de tailles variables) empilées les unes sur les autres. Ces plaques métalliques sont généralement serrées ou boulonnées, leur donnant une haute résistance et flexibilité.

Ces avantages les rendent idéaux pour les applications automobiles où il y a besoin de fournir une grande quantité de support entre les roues, essieux et châssis de voiture. De plus, ils peuvent absorber les chocs et vibrations dans les véhicules commerciaux lourds comme les fourgons, camions et bus.

Cependant, les ressorts à lames ont un design 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 d'étanchéité (Garter Springs)

Les ressorts d'étanchéité (garter springs) sont essentiellement des ressorts hélicoïdaux (ressorts de traction ou de compression) connectés aux deux extrémités pour former une forme circulaire. Ce design unique permet aux ressorts d'étanchéité de fournir une force radiale forte dirigée vers leur centre.

Ceux-ci sont idéaux dans les applications où il y a un besoin de maintenir la pression, comme le système de transmission des véhicules et les joints de pompes hydrauliques. C'est parce que la force radiale puissante d'un ressort d'étanchéité crée un joint sous pression autour des tuyaux qui empêche les fuites ou la contamination par la poussière et les produits chimiques.

#6 Ressorts disques (Disc Springs)

Les ressorts disques sont des rondelles de ressort de forme conique généralement faites en acier. Ils sont idéaux pour les applications qui comportent des charges très élevées dans des espaces limités, comme les systèmes de freinage de véhicules et les régulateurs de pression.

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