Les ressorts sont des dispositifs mécaniques de grande importance utilisés pour influencer le mouvement, améliorer les capacités d’absorption des chocs, etc., dans un certain nombre de produits. Ils sont utilisés dans toutes sortes de machines, des camions aux montres. Cependant, ils ne sont pas de la même taille, du même design, de la même forme et des mêmes matériaux, suivant les besoins spécifiques de la machine ou de l’appareil respectif.
Par conséquent, pour comprendre quel type de ressort est nécessaire pour n’importe quel usage, il est vital d’être conscient des principaux types de ressorts, de leur mécanisme et de leur utilisation. À cet égard, nous explorons certains types clés de ressorts dans cet article.
Les bases des ressorts
Avant de plonger dans les types de ressorts, il est vital de comprendre les bases des ressorts. Un ressort est un outil ou un dispositif qui stocke et libère de l’énergie lorsqu’une force lui est appliquée puis retirée. En conditions normales, quel que soit le type de ressort ou le produit dans lequel il est utilisé, il reprendra sa forme normale à l’enlèvement de la charge.
L’utilisation des ressorts dans n’importe quel produit est totalement basée sur la loi de Hooke. La loi de Hooke illustre effectivement la relation entre la “force” exercée sur un ressort et son élasticité. En termes simples, les lois de Hooke expriment que la force nécessaire pour la compression et l’extension du ressort est directement proportionnelle au déplacement.
Mathématiquement, la loi de Hooke est décrite par F= -kX,
F = force appliquée au ressort
X = déplacement du ressort (la valeur inverse signifie que la force de restitution est opposée à la direction de la force.
K = est la constante du ressort. Il dépend de la nature des ressorts et indique leur rigidité.
Types principaux de ressorts
Voici quelques-uns des principaux types de ressorts utilisés dans une gamme complète de produits et de machines ;
Ressorts mécaniques
Ressorts hélicoïdaux
Un ressort hélicoïdal est un outil mécanique de forme hélicoïdale, à enroulement serré ou ouvert. Les ressorts hélicoïdaux stockent de l’énergie potentielle mécanique. Ils peuvent être fabriqués à partir de matériaux élastiques et métalliques, y compris l’acier trempé. Vous pouvez trouver des ressorts hélicoïdaux dans un grand nombre de dispositifs quotidiens, des machines agricoles aux jouets, trampolines, et bien plus encore.
- Automobiles
- Poignées de porte
- Horloges
- Grille-pains
- Stylos rétractables
- Portails
- Jouets
- Portes de garage
Ressorts à lames
- Ressort à lame simple : Il s’agit du type de ressort à lame le plus simple et il est utilisé dans les véhicules légers.
- Ressort à lames multiples : Ce type de ressort à lame a plus d’une lame et il est utilisé dans les véhicules lourds.
- Ressort à lame semi-elliptique : Ce type de ressort à lame est courbe et utilisé dans les voitures et les bus.
- Ressort à lame elliptique : Ce type de ressort à lame est plus courbé que le ressort à lame semi-elliptique, et il est utilisé dans les camions lourds.
- Ressort à lame parabolique : Ce type de ressort à lame est la forme de ressort à lame la plus courbée, et il est utilisé dans les camions lourds et les remorques.
Ressorts de torsion
Les ressorts de torsion sont des bobines ou des bandes qui peuvent être hélicoïdaux ou en spirale plate. Ils sont utilisés à la fois pour suivre ou résister à des charges de torsion. Les spécifications clés à prendre en compte lors de la décision sur les ressorts de torsion sont la tension du ressort, le diamètre du fil, le matériau, le type d’extrémité du ressort et la cote de torsion pour une fonction envisagée. Ces ressorts sont généralement utilisés dans les applications de fabrication comme composants pour divers contrôles de mouvements.
Il existe deux types de ressorts de torsion : les ressorts de torsion hélicoïdaux, qui ressemblent aux ressorts de compression ou d’extension et agissent radialement pour appliquer un couple, et les ressorts de torsion en spirale, qui sont enroulés en spirales concentriques généralement à partir de stocks plats ou rectangulaires. Les ressorts de torsion sont disponibles dans de nombreux styles et tailles, allant des montres et des horloges aux contrôles de mouvements dans les machines automatiques. Ils peuvent être enroulés sur mesure ou achetés en tailles de stock ou en kits de collecte.
Ressorts à Gaz
Les ressorts à gaz sont des cylindres mécaniques et des tiges qui utilisent de l’azote ou d’autres gaz inerts pour créer une pression et une force sur un piston ou une tige. Pour déterminer le meilleur ajustement pour une application particulière, considérez des termes clés tels que le coup, la longueur comprimée et étendue, la force, et les caractéristiques.
Les ressorts à gaz sont couramment utilisés dans l’industrie automobile pour élever et abaisser les capots ou les trappes et viennent en différentes tailles et longueurs de choc pour répondre à différentes exigences de poids. On peut également les trouver sur les chaises de bureau pour l’ajustement de la hauteur du siège.
Ressorts Fluides
Les ressorts fluides, également connus sous le nom de ressorts hydrauliques, emploient des liquides pour stocker et transmettre l’énergie mécanique, en servant comme solutions pour les ressorts mécaniques standards. Ils profitent de l’incompressibilité des fluides pour répartir uniformément les forces. Les ressorts fluides offrent des avantages tels que la raideur ajustable, le contrôle précis de la force, et les capacités d’amortissement. Ils trouvent des applications dans les industries telles que l’automobile, l’aérospatiale, et la robotique. Ces ressorts comprennent généralement un cylindre rempli de fluide avec un piston ou un diaphragme en mouvement, complété par des vannes pour le contrôle de la pression et du débit.
Différents types de ressorts fluides existent. Les accumulateurs hydrauliques sont fondamentaux et utilisés dans les systèmes hydrauliques pour le stockage de l’énergie et l’absorption des chocs. Les ressorts hydropneumatiques combinent le liquide et le gaz pour un amortissement et une suspension ajustables et sont courants dans les suspensions automobiles. Les ressorts fluides électro-rhéologiques (ER) et magnéto-rhéologiques (MR) utilisent des fluides spéciaux sensibles aux champs électriques ou magnétiques pour une manipulation rapide de la pression. Les ressorts pneumatiques reposent sur l’air comprimé pour des effets d’amortissement et de ressort. Les ressorts fluides de Boussinesq-Plateau sont spécialisés pour les simulations biomécaniques et cliniques. Les actionneurs électro-hydrostatiques utilisent l’énergie électrique pour un contrôle précis de la pression et du mouvement dans les équipements lourds. Le choix du ressort fluide dépend des exigences spécifiques de l’application.
Ressorts Composites
Les ressorts composites sont des composants mécaniques composés de différents matériaux, y compris des métaux et des composites, pour stocker et libérer l’énergie mécanique. Ils excellent dans diverses applications en raison de leurs propriétés spécifiques. Des exemples comprennent des ressorts composites renforcés par des matériaux pour les suspensions automobiles, des ressorts à lames composites dans les véhicules lourds, et des ressorts Belleville composites pour une utilisation commerciale. Les systèmes de sport et les implants biomécaniques utilisent également des matériaux composites pour la stabilité, la rigidité, et la flexibilité.
Les avantages des ressorts composites comprennent une réduction de poids, une résistance à la corrosion, une personnalisation, et un excellent amortissement des vibrations. Ils sont particulièrement précieux dans les industries sensibles au poids comme l’automobile et l’aérospatiale. Cependant, il existe des inconvénients, y compris des coûts plus élevés, des procédures de fabrication complexes, des défis de compatibilité des matériaux, et une tolérance de température limitée. Malgré ces limites, les ressorts composites offrent des solutions innovantes pour répondre aux besoins spécifiques en ingénierie et sont utilisés dans un large éventail d’applications où leurs avantages l’emportent sur les risques.
Ressorts Uniques et Spécialisés
Les ressorts trouvent des utilisations particulières à travers des industries de niche, comme les dispositifs médicaux, l’aérospatiale, et les secteurs automobiles. Dans le domaine médical, les ressorts miniatures sont essentiels pour les pompes à insuline et les pacemakers, tandis que les ressorts de stent aident à maintenir ouvertes les vaisseaux sanguins. L’aérospatiale s’appuie sur des ressorts d’atterrissage et des ressorts de soupape pour des atterrissages sûrs et des performances moteur. L’automobile utilise des ressorts de suspension pour des trajets doux et des dispositifs de rétractation de ceinture de sécurité pour la sécurité.
Des conceptions de ressorts inhabituelles servent à des fins spécialisées. Les ressorts à force constante fournissent une pression constante dans des appareils tels que les stylos rétractables, les ressorts ondulés sont en forme dans des espaces serrés, les ressorts de torsion fournissent une force de torsion, et les ressorts vortex génèrent des vortex fluides pour la recherche en dynamique des fluides. Ces exemples mettent en lumière la versatilité des ressorts, s’adaptant à des besoins spécifiques dans diverses industries, de l’assurance du bien-être humain à l’amélioration des performances des systèmes et la contribution à des études scientifiques. Les ressorts sont un élément indispensable en ingénierie, apportant stabilité, sécurité, et précision à un éventail de programmes variés et inattendus.
Facteurs Influencant la Sélection des Ressorts
Pour une meilleure performance et une durée de vie plus longue, le choix du ressort approprié nécessite de prendre en compte un certain nombre de paramètres. Les exigences de charge, y compris la taille et la direction, ainsi que les exigences de déflection et la tension du ressort, sont critiques. Le choix des matériaux est influencé par les facteurs environnementaux ainsi que par les exigences de durée de vie à la fatigue.
Les températures d’exploitation doivent être maintenues dans les limites du matériau, et l’espace est limité. La fréquence d’opération influence la durée de vie à la fatigue, et les circonstances environnementales influencent la sélection des matériaux. Les facteurs de coût peuvent restreindre les possibilités, mais les préoccupations de sécurité peuvent exiger une redondance ou des précautions de sécurité.
Différentes qualités de ressort sont requises pour les charges statiques et dynamiques, et les arrangements de montage doivent être appropriés pour l’application. Des qualités d’amortissement spécifiques sont requises pour les ressorts d’absorption de choc ou de vibration. La résistance à la corrosion est critique dans les situations corrosives, et la conformité aux normes et réglementations est fréquemment requise.
Conclusion
Les ressorts sont des dispositifs mécaniques polyvalents qui peuvent être utilisés dans une grande variété d’applications. Ils peuvent être réalisés à partir de nombreux matériaux, y compris l’acier, le plastique et les matériaux composites. Les ressorts sont disponibles dans une variété de formes et de tailles, et ils peuvent être conçus pour répondre aux besoins spécifiques de l’application. Lors du choix d’un ressort, il est important de prendre en compte les exigences de charge, les exigences de déflexion, la tension du ressort, le matériau, la température de fonctionnement, la fréquence d’opération, le coût, la sécurité, et les arrangements de montage.