Les ressorts sont des composants mécaniques fondamentaux utilisés pour emmagasiner et libérer de l’énergie par déformation. Leur conception nécessite une compréhension approfondie de divers principes mécaniques, notamment la tension, la déformation et la fatigue. Dans un autre blog, nous expliquerons davantage les bases des ressorts mécaniques. Explorons ensemble comment concevoir des ressorts.
La contrainte dans un ressort est la force interne par unité de surface induite par des forces externes ou des déformations. Lorsqu’un ressort est chargé, il subit une combinaison de contraintes de traction, de compression et ou de cisaillement (forces parallèles à la surface d’un matériau).
Pour la plupart des ressorts hélicoïdaux, la contrainte de cisaillement est le type dominant. La contrainte de cisaillement maximale τ peut être calculée à l’aide de la formule suivante :
où:
La déformation par unité de longueur est causée par une contrainte appliquée. Pour les ressorts, elle reflète l’ampleur de la déformation du ressort lorsqu’il est soumis à une charge spécifique. La déformation ((\epsilon)) peut être exprimée comme suit :
où:
Dans des conditions élastiques (c’est-à-dire lorsque la déformation est réversible), la loi de Hooke décrit la relation entre la contrainte et la déformation :
σ= E * ε
où:
La fatigue est le dommage structurel progressif et localisé qui se produit lorsqu’un matériau est soumis à une charge cyclique. Au fil du temps, ces contraintes cycliques peuvent entraîner la fissuration et la rupture d’un ressort, même si les contraintes sont bien inférieures à la résistance ultime à la traction du matériau.
La résistance à la fatigue d’un ressort décrit le nombre de cycles qu’il peut supporter avant de se rompre. Plusieurs facteurs influencent cette résistance, notamment
Pour améliorer la durabilité et les performances des ressorts, il est essentiel de prendre en compte les éléments suivants :
Il est essentiel de choisir un matériau présentant une résistance élevée à la fatigue et une bonne résistance à la corrosion. Les matériaux les plus courants sont les suivants
Concevoir les ressorts pour qu’ils résistent à des conditions environnementales spécifiques. Par exemple :
Dans les applications critiques, il convient d’envisager l’utilisation de facteurs de redondance et de sécurité pour garantir la fiabilité. Par exemple, la conception de ressorts capables de supporter des charges bien supérieures à la charge maximale prévue permet d’éviter les défaillances inattendues.
La compréhension de ces principes et leur application appliquées à la conception des ressorts peuvent conduire à des ressorts très fiables et durables, adaptés à leurs applications spécifiques.
