Performance

Contrainte sous charge

La compression d'un ressort ondulé crée des contraintes de flexion similaires à une simple poutre en flexion. Ces contraintes de compression et de traction limitent la compression d'un ressort avant qu'il ne cède ou ne " se relâche ". Bien que la déformation du ressort ne soit parfois pas acceptable, les besoins de charge et de déflexion conduiront souvent lors de la conception à accepter une certaine déformation ou un relâchement au fil du temps.

Taux de contrainte maximum

Applications statiques : Smalley utilise la résistance à la traction minimale qui se trouve dans les tableaux des ressorts standards de notre catalogue pour approcher la limite élastique. Lors de la conception de ressorts pour des applications statiques, nous recommandons que la contrainte de fonctionnement ne dépasse pas 100 % de la résistance minimum à la traction. Cependant, selon les applications, la contrainte de fonctionnement peut dépasser la résistance à la traction en conservant une marge de sécurité avant d'atteindre la rupture. Les facteurs typiques à considérer sont la déformation permanente, le relâchement, la perte de charge et/ou la perte de hauteur libre.

Applications dynamiques : Lors de la conception de ressorts ondulés pour des applications dynamiques, Smalley recommande que le taux de contrainte en fonctionnement ne dépasse pas 80 % de la résistance minimum à la traction.

Contraintes résiduelles et préconformation

Il est possible d'augmenter la capacité de charge et/ou la durée de vie en comprimant un ressort à un taux de fatigue supérieur au taux maximal de fonctionnement. Les ressorts sont fabriqués avec une longueur et une charge plus importantes, puis ils sont comprimés à bloc. La hauteur libre et la capacité de charge sont alors réduites. Durant cette opération le ressort emmagasine des contraintes résiduelles qui augmentent ses performances.

Fatigue

Les cycles de fatigue et la déflexion sont des facteurs importants à considérer dans la conception des ressorts ondulés, car ils peuvent considérablement influencer le coût. Cette analyse vise à déterminer si le ressort effectue une déflexion complète, partielle ou combinée et à intégrer les facteurs température ou usure lors du fonctionnement.

Formule :

Nomenclature

σ = Résistance à la traction des matériaux
S1 = Contrainte sous charge calculée à la hauteur de fonctionnement inférieure
S2 = Contrainte sous charge calculée à la hauteur de fonctionnement supérieure

Charge/Déflexion

Une comparaison entre la raideur réelle du ressort et la raideur théorique (calculée) du ressort fournit des limites pratiques à la plage de mesures du ressort. La raideur du ressort (Force/Hauteur de fonctionnement) peut être calculée en manipulant les équations de déflexion. Normalement, la raideur théorique est exacte jusqu'à ce que le ressort commence à toucher le fond ou atteigne sa hauteur minimale.

En règle générale, la raideur calculée est linéaire pour les premiers 80 % de la déflexion et pour des hauteurs de fonctionnement réduites à 2 fois la hauteur sous charge. Bien que le ressort puisse fonctionner au-delà de cette plage linéaire, les charges mesurées seront beaucoup plus élevées que les calculs ne le suggèrent.

Hystérésis

Les ressorts ondulés exercent une plus grande force lors de la charge et une force moindre lors de la décharge. Cet effet est connu sous le nom d'hystérésis. La zone ombrée donne une représentation graphique entre les courbes.

Dans un ressort à un seul tour, le frottement provoqué par les mouvements sur la circonférence et les points de contact en sont les causes principales. Dans les ressorts Crête-à-Crête et imbriqués, il faut ajouter le frottement de contact entre les tours, qui contribue à la perte par hystérésis. Une lubrification adéquate peut limiter cet effet.

Expansion du diamètre

Ressorts imbriqués et Crête-à-Crête Spirawave uniquement : les ressorts à tours multiples Spirawave augmentent en diamètre lorsqu'ils sont comprimés. La formule illustrée ci-dessous est utilisée pour prédire le diamètre maximum totalement comprimé.

Formule : Diamètre externe maximum à 100% de déflexion (hauteur à bloc) = 0,02222 * R * N * θ + b

Nomenclature

De_M = Diamètre externe maximum à hauteur sous charge (po)
R = Rayon des ondulations (po) = (4Y² + X²)/8Y
N = Nombre d'ondulations
θ  = Angle = ArcSin[X/(2R)] (degrés)
b = Largeur du fil (po)
X = 1/2 fréquence d'ondulations = (πD_M)/(2N)
Y = 1/2 hauteur libre moyenne = (H-t)/2
avec H = Hauteur libre par tour (po)

Ressorts à lame ondulée

Les ressorts à lame ondulée sont constitués d'un fil plat ondulé produit avec des matériaux pour ressort. Ils fonctionnent comme des dispositifs de précharge ayant approximativement les mêmes caractéristiques de force et de déflexion que les ressorts ondulés.

Les forces agissent de façon axiale ou radiale selon leur position d'installation. L'effort axial est obtenu en installant l'expanseur sur une surface linéaire plane. L'enveloppement circulaire de l'expanseur (autour d'un piston par exemple) produit une force radiale ou une pression dirigée vers l'extérieur.

Formules : expanseur à une seule ondulation où N=1