Types de ressorts

Les ressorts sont des composants mécaniques essentiels qui stockent et libèrent de l'énergie, offrant ainsi une résistance à la force ou au couple. Ils jouent un rôle crucial dans diverses applications, des systèmes de suspension automobile aux produits de consommation. Cet article explore les différents types de ressorts en fonction de leur application de charge, de leurs caractéristiques de déplacement de force et de leurs méthodes de fabrication.

Classification basée sur la façon dont la charge est appliquée

Ressorts de compression

Les ressorts de compression sont l'un des types de ressorts les plus courants. Ils sont conçus pour résister aux forces de compression appliquées axialement, en stockant l'énergie mécanique lorsqu'ils sont comprimés et en la libérant lorsque la charge est supprimée. Ces ressorts ont une large gamme d'applications, notamment les systèmes de suspension automobile, les machines industrielles et les produits de consommation comme les stylos et les pièges à souris.

Les ressorts de compression sont généralement fabriqués à partir de fils ronds enroulés en forme hélicoïdale, avec un diamètre constant sur toute leur longueur. Le choix du matériau dépend des exigences spécifiques de l'application, telles que la capacité de charge, la résistance à la corrosion et la résistance à la température. Les matériaux courants comprennent l'acier à ressort, l'acier inoxydable et le bronze phosphoreux.

Ressorts d'extension

Les ressorts d'extension, également appelés ressorts de tension, sont conçus pour résister aux forces de traction appliquées axialement. Ils emmagasinent l'énergie mécanique lorsqu'ils sont étirés et la libèrent lorsque la charge est supprimée. Les ressorts d'extension sont couramment utilisés dans les systèmes de portes de garage, les équipements agricoles et les équipements d'exercice.

Les ressorts d'extension sont fabriqués en enroulant un fil en forme d'hélice, avec des crochets ou des boucles formés à chaque extrémité pour la fixation. La tension initiale du ressort est déterminée par le processus de fabrication, qui consiste à étirer le ressort à une longueur spécifique avant le traitement thermique.

Ressorts de torsion

Les ressorts de torsion sont conçus pour résister aux forces de rotation ou au couple appliqué autour de leur axe. Ils emmagasinent l'énergie mécanique lorsqu'ils sont tordus et la libèrent lorsque le couple est supprimé. Les ressorts de torsion sont utilisés dans diverses applications, notamment les charnières de porte, les inclinaisons de sièges automobiles et les rouleaux de stores.

Les ressorts de torsion sont généralement fabriqués en enroulant un fil rectangulaire ou carré en forme d'hélice, les extrémités étant formées selon des formes spécifiques pour la fixation. Le choix du matériau dépend de la rigidité requise, de la durée de vie en fatigue et des conditions environnementales. Les matériaux courants comprennent l'acier à ressort et l'acier inoxydable.

Classification basée sur la force et le déplacement

Ressorts linéaires

Les ressorts linéaires présentent une rigidité constante, ce qui signifie que la force requise pour comprimer ou étendre le ressort est directement proportionnelle au déplacement.

Cette relation linéaire est décrite par la loi de Hooke : F = kx,

où:

F est la force,

k est la constante du ressort,

x est le déplacement.

Les ressorts linéaires sont utilisés dans les applications où une relation force-déplacement constante est requise, comme dans les systèmes de suspension automobile et les machines industrielles. Ils sont généralement fabriqués à partir de fil rond enroulé en forme hélicoïdale, avec un diamètre constant sur toute leur longueur.

Ressorts à taux variable

Les ressorts à taux variable, également appelés ressorts non linéaires, présentent une raideur variable lorsqu'ils sont comprimés ou étendus. Cela signifie que la force requise pour comprimer ou étendre le ressort change de manière non linéaire avec le déplacement. Les ressorts à taux variable sont utilisés dans les applications où un profil force-déplacement spécifique est requis, comme dans les ressorts de soupapes automobiles et les systèmes de suspension de véhicules tout-terrain.

Les ressorts à taux variable peuvent être conçus en faisant varier le diamètre de la bobine, le pas ou le diamètre du fil sur la longueur du ressort. Les ressorts coniques et les ressorts en forme de tonneau sont des exemples de ressorts à taux variable, où le diamètre de la bobine change sur la longueur du ressort.

Ressorts à force constante

Les ressorts à force constante sont conçus pour fournir une force constante sur une plage de mouvement spécifique. Ils sont constitués d'une bande de matériau précontrainte, généralement en acier inoxydable, enroulée en spirale. Au fur et à mesure que le ressort est étendu, le matériau se déroule de la bobine, maintenant une force constante sur toute sa plage de mouvement.

Les ressorts à force constante sont utilisés dans les applications où une force constante est requise, comme dans les mécanismes de contrepoids, les ferme-portes et les dispositifs de tension. Ils offrent des avantages tels qu'une taille compacte, une longue durée de vie et des performances constantes sur toute leur plage de mouvement.

Classification par méthode de fabrication

Ressorts hélicoïdaux

Les ressorts hélicoïdaux sont le type de ressort le plus courant, fabriqué en enroulant un fil en forme hélicoïdale. Ils peuvent être conçus comme des ressorts de compression, d'extension ou de torsion, selon les exigences de l'application. Les ressorts hélicoïdaux sont fabriqués à l'aide de diverses méthodes, notamment l'enroulement à chaud, l'enroulement à froid et l'enroulement CNC.

Le choix de la méthode de fabrication dépend de facteurs tels que le matériau du ressort, le diamètre du fil et le volume de production. Le bobinage à chaud est généralement utilisé pour les diamètres de fil plus importants et les matériaux à haute résistance, tandis que le bobinage à froid est utilisé pour les diamètres de fil plus petits et les matériaux à faible résistance. Le bobinage CNC offre une précision et une flexibilité élevées, permettant la production de géométries de ressort complexes.

Ressorts plats

Les ressorts plats sont fabriqués à partir de bandes plates de matériau, généralement en acier à ressort ou en acier inoxydable, façonnées en différentes formes telles que des ressorts à lames, des rondelles Belleville et des ressorts ondulés. Ils sont conçus pour offrir une résistance aux forces de flexion ou de compression, selon la configuration spécifique.

Les ressorts à lames sont couramment utilisés dans les systèmes de suspension automobile, en particulier dans les véhicules lourds, pour supporter le poids du véhicule et absorber les chocs. Ils sont constitués de plusieurs couches d'acier à ressort courbées, appelées feuilles, empilées les unes sur les autres et reliées aux extrémités à l'aide de manilles à ressort.

Les rondelles Belleville, également appelées rondelles ressorts, sont des rondelles de forme conique qui offrent une résistance aux charges axiales. Elles peuvent être empilées série ou parallèle pour obtenir les caractéristiques de charge-déflexion souhaitées, ce qui les rend adaptées aux applications avec un espace limité et des exigences de charge élevées.

Les ressorts ondulés sont fabriqués en façonnant un fil plat en forme de vague, offrant une résistance aux charges axiales tout en occupant un espace minimal. Ils sont utilisés dans les applications où des charges élevées et de faibles déflexions sont nécessaires, comme dans les équipements aérospatiaux et industriels.

Ressorts à disque

Les ressorts à disque, également appelés ressorts Belleville, sont des rondelles de forme conique qui offrent une résistance aux charges axiales. Ils sont fabriqués en emboutissant ou en forgeant un disque circulaire plat avec un angle de cône spécifique et des diamètres intérieur et extérieur. Les ressorts à disque peuvent être empilés en série ou en parallèle pour obtenir les caractéristiques de charge-déflexion souhaitées.

Les ressorts à disque offrent plusieurs avantages par rapport aux ressorts hélicoïdaux traditionnels, notamment une capacité de charge élevée, une faible déflexion et une taille compacte. Ils sont utilisés dans diverses applications, telles que les machines lourdes, les embrayages automobiles et les soupapes, où les charges élevées et l'espace limité sont des facteurs critiques.

Ressorts usinés

Les ressorts usinés sont des ressorts conçus sur mesure et fabriqués à l'aide de processus d'usinage CNC, tels que le fraisage, le tournage et le meulage. Ils sont généralement fabriqués à partir de barres ou de tubes solides en matériaux tels que l'acier à ressort, l'acier inoxydable ou le titane, et peuvent être conçus pour répondre à des exigences spécifiques de charge et de déformation.

Les ressorts usinés offrent plusieurs avantages par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles, notamment une grande précision, des géométries complexes et la possibilité d'intégrer des fonctionnalités telles que des trous de montage et des filetages. Ils sont utilisés dans des applications spécialisées, telles que l'aérospatiale, les appareils médicaux et les équipements industriels hautes performances.

Ressorts moulés

Les ressorts moulés sont fabriqués en injectant un matériau polymère, tel que du polyuréthane ou du nylon, dans une cavité de moule ayant la forme souhaitée pour le ressort. Ils offrent des propriétés uniques par rapport aux ressorts métalliques, telles qu'une résistance élevée à la corrosion, un faible poids et la capacité d'amortir les vibrations.

Les ressorts moulés sont utilisés dans diverses applications, notamment dans les bagues de suspension automobile, les isolateurs de vibrations industriels et les appareils médicaux. Le choix du matériau polymère dépend de facteurs tels que la capacité de charge, la résistance à la température et la compatibilité chimique avec l'environnement d'exploitation.

Ressorts à gaz

Les ressorts à gaz sont un type de ressort qui utilise du gaz comprimé, généralement de l'azote, pour résister aux forces de compression. Ils sont constitués d'un cylindre scellé contenant un piston et du gaz comprimé, qui exerce une force sur le piston lorsque le ressort est comprimé.

Les ressorts à gaz offrent plusieurs avantages par rapport aux ressorts mécaniques, notamment une puissance de sortie réglable, une taille compacte et la possibilité d'assurer un amortissement. Ils sont utilisés dans diverses applications, telles que les supports de levage de capot et de coffre d'automobile, les mécanismes de réglage de la hauteur des chaises de bureau et les machines industrielles.

Ressorts pneumatiques

Les ressorts pneumatiques, également appelés ressorts pneumatiques, utilisent de l'air comprimé pour résister aux forces de compression. Ils sont constitués d'un soufflet ou d'un diaphragme flexible rempli d'air comprimé, qui se dilate et se contracte lorsque le ressort est chargé et déchargé.

Les ressorts pneumatiques offrent plusieurs avantages par rapport aux ressorts mécaniques, notamment une rigidité réglable, des capacités de nivellement de charge et une isolation contre les vibrations. Ils sont utilisés dans diverses applications, telles que les systèmes de suspension pneumatique pour automobiles, les supports d'isolation contre les vibrations industrielles et les équipements agricoles.

Ressorts à lames

Les ressorts à lames sont un type de ressort plat couramment utilisé dans les systèmes de suspension automobile, en particulier dans les véhicules lourds. Ils sont constitués de plusieurs couches d'acier à ressort courbées, appelées feuilles, empilées les unes sur les autres et reliées aux extrémités à l'aide de manilles à ressort.

Les ressorts à lames sont conçus pour supporter le poids du véhicule et absorber les chocs, contribuant ainsi à améliorer le confort de conduite et la maniabilité. Ils peuvent être configurés de différentes manières, comme semi-elliptique, quart-elliptique ou en porte-à-faux, en fonction des exigences spécifiques de l'application.

Le choix de la conception des ressorts à lames dépend de facteurs tels que la capacité de charge, la répartition du poids du véhicule et l'espace disponible. Les ressorts à lames sont connus pour leur durabilité, leur capacité de charge et leur capacité à assurer la stabilité latérale, ce qui les rend adaptés aux applications lourdes telles que les camions commerciaux et les véhicules tout-terrain.

Ressorts hélicoïdaux

Les ressorts hélicoïdaux sont un type de ressort hélicoïdal fabriqué en enroulant un fil en forme d'hélice, avec un diamètre constant ou variable. Ils peuvent être conçus comme des ressorts de compression, d'extension ou de torsion, selon les exigences de l'application.

Principes de base du ressort

Les ressorts sont des dispositifs mécaniques qui stockent et libèrent de l'énergie en fonction des principes d'élasticité et de la loi de Hooke. Lorsqu'une force est appliquée à un ressort, il se déforme, stockant ainsi l'énergie potentielle sous forme d'énergie de contrainte. Lorsque la force est supprimée, le ressort reprend sa forme initiale, libérant l'énergie stockée.

La relation entre la force appliquée et la déformation résultante est décrite par la loi de Hooke, F = kx, où F est la force, k est la constante du ressort et x est la déformation. La constante du ressort, également appelée taux de ressort, détermine la rigidité du ressort et dépend de facteurs tels que les propriétés du matériau, la section transversale et la longueur du ressort.

Les ressorts sont conçus pour fonctionner dans leur limite élastique, où la déformation est directement proportionnelle à la force appliquée. Si la force dépasse la limite élastique, le ressort peut subir une déformation permanente ou une défaillance, compromettant ses performances et sa sécurité.

La capacité de stockage d'énergie d'un ressort est déterminée par sa géométrie, les propriétés du matériau et la charge appliquée. Le stockage d'énergie maximal se produit lorsque le ressort est comprimé ou étendu jusqu'à sa hauteur solide ou à son extension maximale, respectivement.