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-------------------- Cours de Bureau d’Etude III --------------------- Liaisons

-------------------- Cours de Bureau d’Etude III --------------------- Liaisons élastiques en conception Systèmes mécaniques Application des liaisons élastiques dans la conception des machines (cas des ressorts) Plan de l’exposé: GÉNÉRALITÉS •Introduction •Exemples d’application •Classification des ressorts •caractéristiques des matières pour ressorts (voir polycopie page 1) CALCUL EN BUREAU D’ETUDE (EXEMPLES) •Ressort de compression •Ressort de traction à spires •Ressort de torsion •Rondelles ressorts (type Belleville) MÉTHODE PRATIQUE ▪ Le ressort est un composant très fréquemment utilisé dans les objets qui nous entourent. il est utilisé dans des objets très simples (stylo, pince à linge, etc.) aussi bien que dans des systèmes mécaniques de hautes performances (moteurs, montres, etc.). ▪ Par définition, un ressort est un système élastique destiné à se déformer sous l’action d’une force ou d’un couple et à restituer l’énergie emmagasinée en reprenant sa forme initiale. ▪ Différents types de ressorts (cylindrique, conique, à lames, spiral, etc.) ▪ Ils ont de multiples rôles (suspension, stockage d’énergie mécanique, application d’un effort, d’un couple, assistance au mouvement, etc.), La question qui peut alors se poser est : Comment un concepteur procède-t-il pour « choisir le ressort adéquat » ? Généralités ( Définition, Classification, Applications) Généralités ( Définition, Classification, Applications) Quelques applications industrielles Ressorts hélicoïdaux : Le plus courant est le ressort de compression. Il a généralement des extrémités rapprochées et meulées pour une meilleure application de la charge. (ressorts de soupape) Le ressort de traction cylindrique est également très fréquent. Il présente le plus souvent des spires jointives à l’état libre associées à une précharge, et ses extrémités sont fréquemment des boucles mais peuvent avoir toutes autres formes pour s’adapter à son environnement. (carburateur de Solex) CLASSIFICATION DES RESSORTS Types de ressort de traction à spires : Le ressort de compression peut également être conique. Dans ce cas, sa principale particularité est sa capacité à « s’escamoter » (i.e. s’aplatir jusqu’à avoir l’épaisseur du diamètre de fil), selon certaines conditions sur les diamètres d’enroulement et de fil. Il présente le plus généralement un pas constant (par conséquent un angle d’hélice variable) et des extrémités meulées ou non selon le diamètre du fil et la qualité du guidage souhaitée. (contacteur Schneider Electric) le ressort de torsion. Sa particularité réside dans son mode de déformation en rotation, liant un angle à un couple. Il nécessite ainsi des conditions de guidage. A l’image des ressorts de traction, les branches du ressort de torsion peuvent être très variées selon son usage. rampe de poids lourd Ressort de torsion À part la forme spécifique de ses extrémités, ce ressort est identique à un ressort hélicoïdal de traction-compression à très faible angle d'hélice. Le Ressort de Torsion Barres de torsion La barre de torsion est un des ressorts les plus simples. Si nous négligeons les extrémités, sa partie active est une barre pleine de diamètre d et de longueur L, ou bien un tube de diamètre intérieur di et de diamètre extérieur de. Application: Les barres de torsion ont la forme d’une barre avec, éventuellement, des sections différentes et des cannelures aux extrémités pour l’ancrage. Elles sont couramment utilisées dans les suspensions d’automobiles. Les matériaux de la barre travaillent en torsion. Le ressort spiral type, à spires non jointives et donc sans frottement, est composé d'un ruban de section rectangulaire encastré à une extrémité et solidaire à l'autre extrémité. Le ressort spiralé a été inventé dès l'antiquité. Cette forme de ressort a par exemple été utilisé comme épingle de sûreté. On le retrouve dans les serrures du moyen-âge. Le Ressort spiral Pour les ressorts en volute on n'utilise plus du fil mais des bandes de tôle spéciale découpées selon divers profils. Si l'on souhaite une raideur variable, alors il faut adopter une largeur constante de façon que les spires de plus grand diamètre s'affaissent les premières. Si au contraire on souhaite que la raideur reste constante, alors il faut faire en sorte que la section aille en augmentant de l'intérieur vers l'extérieur. Il est également possible de réaliser des ressorts en double volute comme celui qui est (mal) dessiné ci-dessous. les ressorts en volute On les utilise pour rattraper des jeux, dans des connecteurs électriques multibroches, des garnitures d'étanchéité, dans la robinetterie industrielle, ... Rondelles ondulées RONDELLES RESSORTS (type Belleville) Les rondelles ressorts sont de forme tronconique. Les matériaux travaillent en flexion. La flèche totale n’est pas utilisée en sollicitations dynamiques. Ces rondelles ressorts (NF E 25-104) sont utilisées pour construire des ressorts de compression. Par rapport à des ressorts de compression en fil, la rondelle ressort (rondelle BELLEVILLE) a les avantages ci-dessous: - Permettre de réaliser des ressorts de compression en petites séries, jusqu’à une pièce ; - Petite hauteur ; - Grande raideur ; - Courbe force - flèche non linéaire. Rondelle "Belleville" Ce type de ressort est fréquemment utilisé lorsque l'on souhaite une faible flexibilité sous forte charge. Il est aussi utilisé dans certains embrayages. PS: Il est conseillé de faire le grenaillage dans le but d’augmenter la tenue en fatigue d’un ressort à disque si celui-ci travaille en dynamique. Rondelle Ring Spann Rondelle Borelly Ressort en coupelle Matériaux qui acceptent un niveau de contraintes élevé avant de se déformer plastiquement, donc des matériaux présentant une limite élastique élevée. Mais d’autres considérations sont à prendre en compte : • la facilité de mise en forme, • l’absence de défauts, la fiabilité, • le prix, • la disponibilité, • le faible encombrement, • la résistance à la corrosion et à l’oxydation. Généralement des aciers, qui présentent des contraintes admissibles élevées. Des traitements thermiques et mécaniques permettent d’augmenter fortement leur limite élastique, ainsi que leur résistance à la fatigue et au fluage, et ceci sans altérer leur module d’élasticité. Des normes européennes ont été définies pour tous ces matériaux, et des classes imposent aux fabricants des tolérances sur les dimensions du fil, ainsi que sur sa résistance. CARACTÉRISTIQUES DES MATIÈRES POUR RESSORTS CARACTÉRISTIQUES DES MATIÈRES POUR RESSORTS (suite) Pour assurer l’élasticité du ressort, onutilise des métaux de hautes limites élastiques : Exemples : 1/ les aciers tréfilés durs (ressorts hélicoïdaux classiques) 2/ les aciers trempés à l’huile (ressorts de soupape) 3/ les aciers inoxydables (ressorts pour l’industrie alimentaire) Un ressort doit fonctionner pendant sa durée de vie sans déformations permanentes ni cassures. Donc il doit avoir les conditions mécaniques et géométriques nécessaires pour qu’il fonctionne correctement. La partie active du ressort comporte un fil enroulé selon une hélice régulière, mais il faut tenir compte des extrémités destinées à assurer la liaison avec l'environnement. Le dessin ci-contre représente un ressort de compression à extrémités rapprochées et meulées. Ressort de traction ou de compression Nomenclature et formules de base des ressorts de compression La norme DIN qui indique le domaine d'application de formules pour les ressorts enroulés à froid : •d < 17 mm •D ≤ 160 mm •n ≥2 •4 ≤ w ≤ 20 Type de ressorts cylindrique de compression Non rapprochée, non meulée Rapprochée, non meulée Non rapprochée, meulée Rapprochée, meulée Rapprochée, Rapprochée et dirigée vers le centre -le diamètre intérieur Di - le diamètre extérieur De - la longueur L - le diamètre du fil d - le pas p -la raideur K en N/mm. -L’effort de compression pour une variation de longueur ΔL du ressort est F = K ΔL ⋅ Diamètre moyen du ressort : avec : De diamètre extérieur du ressort en mm Di diamètre intérieur du ressort en mm d diamètre du fil en mm Rapport conseillé d’enroulement D/d : Le rapport d’enroulement D/d est un coefficient important pour le ressort de compression. Si le rapport D/d est petit le ressort est raide. Le rapport conseillé d’enroulement est : Pas conseillé du ressort : p < 0,5D CALCULS RELATIFS AUX RESSORTS DE COMPRESSION CALCULS RELATIFS AUX RESSORTS DE COMPRESSION Longueur du ressort: Avec: •L Longueur du ressort en mm •n nombre de spires actives •N nombre de spires •d diamètre du fil en mm Augmentation du diamètre extérieur lorsque le ressort est comprimé à bloc : avec : D diamètre moyen du ressort en mm p pas du ressort en mm d diamètre du fil en mm Ressorts statiques façonnés à froid : Ecart minimal entre les deux spires utiles voisines : Ressorts dynamiques façonnés à froid : Ressorts statiques façonnés à chaud : Ressorts dynamiques façonnés à chaud : avec : Sa Ecart minimal entre 2 spires utiles voisines en mm D diamètre moyen du ressort en mm d diamètre du fil en mm Charge supportée par le ressort et provoquant une flèche avec : F charge supportée par le ressort en N G module d’élasticité transversale (module de Coulomb) en N/mm2 f flèche en mm 1/ Raideur de ressort hélicoïdal cylindrique de compression K : Résistance des matériaux 2/ Résistance des matériaux en cisaillement : La contrainte de cisaillement subie par le ressort doit être inférieure ou égale à la contrainte admissible. La contrainte subie par le ressort est : avec : [τ] contrainte admissible en Mpa (N/mm2) k: coefficient de rapport des diamètres (ou coefficient de courbure) ou uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-ressorts.pdf