Les ressorts sont des composants mécaniques d'une immense importance utilisés pour effectuer le mouvement, améliorer les capacités d'absorption des chocs, etc., dans de nombreux produits. En d’autres termes, les services de prototypage rapide tels que l’impression 3D et l’usinage CNC peuvent fabriquer divers types de ressorts utilisés dans la réalisation et la fabrication de produits tels que des montres, des téléphones portables, etc.
Compte tenu de l’utilisation répandue des ressorts dans la conception de produits, il est essentiel de comprendre leurs types, leurs applications et leurs caractéristiques de performance. Cet article fournit un aperçu détaillé des différents types de ressorts, de leurs avantages, limites et applications pratiques.
Principe du ressort
Commençons par quelque chose sur le printemps. Un ressort emmagasine l’énergie lorsqu’une force est appliquée et la libère une fois la force supprimée. Généralement, quel que soit le type, un ressort reprend sa forme initiale lors du retrait de la charge.
La fonctionnalité des ressorts est régie par La loi de Hooke, qui définit la relation entre la force appliquée et l'élasticité du ressort. En termes simples, la loi de Hooke stipule que la force nécessaire pour comprimer ou étendre un ressort est directement proportionnelle au déplacement.
Mathématiquement, la loi de Hooke est exprimée par F = -kX,
F = force appliquée au ressort
X = déplacement du ressort (la valeur négative indique que la force de rappel est opposée à la direction.
k = est la constante du ressort. Cela dépend des types de ressorts et montre la rigidité.
Différents types de ressorts mécaniques et leurs applications
Les ressorts sont fabriqués à partir de différents matériaux, formes, fonctions, etc., ce qui nécessite diverses applications. Ils comportent trois catégories principales, chaque catégorie ayant différentes sous-catégories.
Catégorie XNUMX : ressorts hélicoïdaux
Les ressorts hélicoïdaux sont les plus courants dans la fabrication de produits. L'enroulement du fil en forme d'hélice crée ces ressorts, offrant différentes sections transversales. Vous trouverez ci-dessous les types de ressorts de cette catégorie.
1. compression Springs
Les ressorts de compression présentent une conception hélicoïdale à bobine ouverte avec un diamètre de bobine constant et une forme variable, résistant à la compression axiale.
L'exemple le plus simple de son application est dans le stylo à bille, où il est responsable de l'effet « popping ». Il est également applicable dans les soupapes et la suspension.
2. Ressorts de
Les ressorts d'extension utilisent une conception hélicoïdale à bobine fermée, contrairement aux types à compression. Ils créent des tensions, stockent de l’énergie et l’utilisent pour retrouver leur forme originale.
Un exemple simple de ses applications est dans les portes de garage. D'autres sont dans les leviers de traction, les pinces à mâchoires et les balances.
3. Ressorts de torsion
Les deux extrémités d'un ressort de torsion se fixent à différents composants. Cela maintient les deux composants séparés selon un certain angle. Ces ressorts utilisent la direction radiale lorsque la force agit radialement en raison de la rotation. De plus, Capacités d'usinage CNC peut produire des ressorts de torsion à deux corps sur mesure en grands volumes.
4. Ressorts en spirale
Les ressorts hélicoïdaux sont fabriqués en enroulant des bandes métalliques rectangulaires en spirales plates. Lors de son activation, il stocke une quantité raisonnable d’énergie et peut la restituer à un rythme constant. La libération constante le rend adapté aux montres mécaniques, aux jouets et aux sièges inclinables.
Catégorie XNUMX : Ressorts à lames
Les ressorts à lames sont constitués de plaques métalliques rectangulaires, également appelées lames. Les plaques métalliques rectangulaires sont normalement boulonnées et serrées et sont largement utilisées dans les véhicules lourds. Vous trouverez ci-dessous les différents types de ressorts à lames et leurs applications.
1. Ressort à lames elliptique
La connexion de deux ressorts semi-elliptiques dans des directions opposées crée un ressort à lames elliptique, formant une forme elliptique. Dans les voitures plus anciennes, ces ressorts fixaient l'essieu et le châssis, éliminant ainsi le besoin de manilles, car les deux ressorts semi-elliptiques s'allongeaient de manière égale lors de la compression. Cependant, ils ne sont plus utilisés dans les véhicules modernes.
2. Ressort à lames semi-elliptique
Ce sont les ressorts à lames les plus populaires dans les automobiles. Ils sont fabriqués à partir de feuilles d'acier de différentes longueurs mais de même largeur et épaisseur. La feuille la plus haute/la plus longue aux deux extrémités est la feuille principale. La disposition des feuilles en acier ressemble à une forme semi-elliptique.
Les ressorts à lames semi-elliptiques ont une extrémité fixée rigidement au châssis du véhicule et l'autre à la manille. Cela permet de varier les longueurs et d'absorber les chocs lors des déplacements sur des terrains accidentés. Ils nécessitent moins d’entretien, sont faciles à réparer et ont une longue durée de vie.
3. Ressort à lames quart elliptique
Également connu sous le nom de ressort à lames de type cantilever, le ressort à lames quart d’elliptique est également ancien. Ils ont une extrémité fixée sur le longeron du cadre à l'aide d'une pince en U ou d'un boulon en I. L'autre est librement relié à l'essieu avant. Lorsque la poutre de l'essieu avant est soumise à une charge de choc, les lames se redressent pour absorber le choc.
4. Ressort à lames elliptique trois quarts
Un exemple simple de son application est une charnière de porte. Ici, lorsque vous ouvrirez la porte, le ressort stockera son énergie de rotation ; lorsque vous relâchez la porte, il utilise l'énergie stockée pour ramener la porte à sa position d'origine. La force de rotation dépend de la rotation du ressort.
Ce type combine un ressort quart d'elliptique et un ressort semi-elliptique. Une extrémité de la partie semi-elliptique se fixe au châssis du véhicule, tandis que l'autre se connecte au ressort quart elliptique, qui est ensuite fixé au châssis à l'aide d'un boulon en I.
5. Ressort à lames transversales
Un ressort à lames transversal est créé en montant un ressort semi-elliptique sur toute la largeur du véhicule. Le vantail le plus long est positionné en bas, la partie médiane étant fixée au cadre à l'aide d'un boulon en U. Bien que cette conception utilise deux manilles, elle peut provoquer un roulement, ce qui la rend impropre aux attaches automobiles.
Catégorie trois : ressorts à disque
Les disques ressorts sont des ressorts uniques ou multiples empilés en série ou en parallèle, leur permettant d'absorber des charges élevées dans des espaces restreints. Les types de ressorts à disque comprennent :
1. Ressort de disque Belleville
Également connu sous le nom de ressort à disque en forme de cône, le ressort à disque Belleville a une construction en forme de cuvette. Ils ne reposent pas à plat. Au lieu de cela, ils prennent une forme canonique qui se comprime et leur permet de supporter de lourdes charges.
2. Ressort à disque incurvé
Aussi connues sous le nom de rondelles en croissant, elles appliquent une légère pression sur leur par d'accouplement pour résister au desserrage dû aux vibrations. Ils conviennent pour répartir uniformément les charges des boulons filetés, des vis et des écrous dans les machines qui produisent des vibrations constantes.
3. Ressort à disque fendu
Les fentes sur les diamètres extérieur et intérieur d'un disque créent un ressort à disque fendu. Cette conception réduit la charge et augmente la déflexion, ce qui rend les ressorts à disques fendus largement utilisés dans les transmissions automatiques, les embrayages et les accouplements de surcharge.
4. Ressorts à disques ondulés
Les ressorts à disque ondulé ont plusieurs vagues par tour et conviennent pour fournir des prix et une charge prévisible. Ici, ils peuvent agir comme un coussin en absorbant les contraintes dues à la compression axiale.
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Matériaux utilisés pour fabriquer des ressorts
Contrairement à la croyance populaire selon laquelle les ressorts sont uniquement constitués de fer, ils proviennent de divers matériaux. Ces matériaux influencent les propriétés, les types et les applications des ressorts. Vous trouverez ci-dessous quelques matériaux couramment utilisés :
Alliage de cuivre au béryllium
Les ressorts fabriqués à partir de cet alliage offrent une résistance élevée, un faible fluage et une excellente conductivité. Ils sont idéaux pour former des formes complexes, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans les instruments de musique, les appareils de mesure et les balles.
Céramique
Le matériau céramique convient à la fabrication de ressorts utilisés à très haute température. Il résiste à l’abrasion et à l’eau et est très dur. Il présente également un faible coefficient de frottement et une faible densité.
Matériaux composites unidirectionnels en fibre de verre
Le matériau composite en fibre de verre unidirectionnelle est une fibre de verre renforcée qui a une résistance puissante. Par conséquent, les industriels l'envisagent désormais comme un matériau potentiel pour la fabrication de tous les ressorts.
Caoutchouc/Uréthane
Ces matériaux conviennent à la production de ressorts de conception cylindrique/sans spire. Ils sont sûrs et fiables et, en raison de leurs propriétés non conductrices, ils ont des applications dans des produits où il existe toujours des problèmes de magnétisme, de corrosion et de vibrations.
Alliages d'acier
L’alliage d’acier est le matériau le plus couramment utilisé pour les ressorts en raison de son excellente résistance et durabilité. Bien qu’il puisse être amélioré avec d’autres matériaux, ses propriétés fondamentales restent très fiables.
Les avantages de l'utilisation de Springs dans vos projets
Les ressorts font partie intégrante de nombreuses applications, offrant flexibilité, stockage d'énergie et contrôle précis. En les intégrant dans vos conceptions, vous pouvez améliorer les fonctionnalités et relever les défis mécaniques avec une plus grande efficacité. Voyons comment les ressorts peuvent ajouter de la valeur à vos projets.
Meilleure capacité d'absorption des chocs
Les ressorts ont une large application dans de nombreux produits car ils peuvent réduire l'effet des chocs en les absorbant. Lorsque le produit subit un choc, le ressort se comprime et se détend pour l'absorber. Ce sont donc des éléments importants des véhicules.
Stockage d'énergie
Le ressort spiral peut servir d’alternative à une pile. Lorsqu’une force est appliquée, elle génère de l’énergie et la libère en continu, ce qui en fait un élément crucial des montres mécaniques.
Mécanisme d'adhésion
L'utilisation d'un ressort peut relier deux parties d'un produit ou une pièce ensemble. Par exemple, ils sont appliqués dans un garage, une porte et des machines de pesée pour relier deux pièces et les faire fonctionner.
Stabilité du produit
Par leur utilisation dans la capacité d'absorption des chocs, les ressorts garantissent la stabilité des produits qui les utilisent. La stabilité du produit peut également être une forme de frottement des pièces et de réduction des vibrations.
Inconvénients des ressorts en ingénierie
Les ressorts, malgré leur utilité, présentent des limites qui peuvent affecter les résultats techniques.
Contraintes de taille et de poids
Les ressorts peuvent nécessiter une taille et un poids accrus pour supporter des charges élevées, ce qui pose des problèmes dans les applications limitées en espace ou sensibles au poids, compliquant la conception et ayant potentiellement un impact sur l'efficacité du système.
Exigences de conception complexes
La conception de ressorts répondant à des critères spécifiques de force et de déformation peut s'avérer complexe, nécessitant un examen attentif des propriétés des matériaux, des contraintes d'espace et des performances souhaitées, conduisant souvent à des processus de conception complexes et difficiles.
Ils perdent leurs effets avec le temps
Les ressorts perdent leur effet avec le temps en raison de la compression et de la relaxation simultanées. Cela dépend du matériau utilisé pour sa fabrication. Finalement, il échouera à obéir à la loi de Hooke, c'est-à-dire qu'il ne reviendra pas à sa forme d'origine lors de la déformation.
Pour aller plus loin
Les ressorts sont indispensables pour les produits soumis à des mouvements. Les versions modernes varient en termes de fonctionnalités et de caractéristiques en fonction des matériaux, de la conception et des processus de fabrication. Lors de la sélection d'un produit pour votre produit, il est essentiel d'évaluer soigneusement ces facteurs.
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QFP
Il existe trois types principaux : ressorts hélicoïdaux, à disque et à lames. Chaque catégorie comprend différents sous-types. Par exemple, les types hélicoïdaux incluent la torsion, l’extension, la spirale et la compression.
Les ressorts hélicoïdaux comprennent quatre types, chacun avec son application : torsion, extension, spirale et compression.
Le type le plus courant est le ressort de torsion, qui comporte deux extrémités fixées à différents composants pour maintenir un angle spécifique. Par exemple, dans une charnière de porte, lorsque la porte est ouverte, le ressort emmagasine l’énergie de rotation. Une fois relâchée, l'énergie stockée ramène la porte à sa position d'origine
