Vous trouverez ci-dessous le résumé des bases sur Conception de ressort de Ressorts de compression , Ressorts de tension et Ressorts de jambe .
Les ressorts techniques sont encore aujourd’hui l’un des éléments les plus importants de la machine et sont utilisés avec succès dans les véhicules, les dispositifs mécaniques ou électrotechniques de précision, les dispositifs médicaux, les appareils ménagers et bien plus encore. La fonction de l’ensemble de l’appareil ou de la partie de la machine dépend souvent du fonctionnement sans problème du ressort métallique.
Les ressorts métalliques sont des éléments qui se déforment délibérément sous la charge et reprennent leur forme d’origine lorsque la charge est supprimée. L’énergie fournie est en Travaux de printemps (W) converti et relâché à un moment ultérieur (réserve d’énergie). Cependant, les ressorts métalliques n’effectuent de manière fiable cette déformation et cette absorption d’énergie que dans les limites prévues à cet effet. C’est donc le bon Conception de ressort et Calcul du printemps un composant important pour le ressort métallique parfaitement fonctionnel.
Table of Contents
La caractéristique du ressort
Les ressorts métalliques ou les ressorts techniques sont fabriqués selon votre Caractéristique du printemps jugé. Cette caractéristique de ressort représente la dépendance de la Force du ressort (F) représente la (les) course (s) du ressort. Parce qu’en fonction de la caractéristique de ressort requise (linéaire, progressive, dégressive ou combinée), la forme et le type du ressort changent également.
Avec le Taux du printemps (R) la caractéristique du ressort est déterminée dans le diagramme du ressort. La raideur du ressort (R) est donc une valeur importante lors de la conception du ressort pour le bon ressort. À caractéristique de ressort linéaire la raideur du ressort est constante. Les ressorts avec une caractéristique de ressort courbe ont une raideur variable. Les formules suivantes s’appliquent donc à une caractéristique linéaire:
pour ressorts de compression et de traction
R=\frac{F2-F1}{s2-s1}pour jambes et ressorts de torsion
R_{M}=\frac{M2-M1}{\alpha2-\alpha1}
Le travail du printemps
Lorsque le ressort métallique est tendu, le travail est effectué, qui est ensuite relâché lorsque la tension est relâchée. Le travail du ressort (W) correspond toujours à la zone en dessous de la caractéristique du ressort. Avec une caractéristique de ressort linéaire, ce qui suit s’applique:
pour ressorts de compression et de traction
W=\frac{1}{2}F\cdot spour jambes et ressorts de torsion
W=\frac{1}{2}M\cdot \alphaEn calculant la valeur d’utilité du volume, différents types de ressorts peuvent être déterminés en utilisant le rapport de travail du ressort (W) et espace d’installation (V) comparer les uns avec les autres:
\eta_{A}=\frac{W}{V}
L’hystérésis
Le comportement de la suspension peut être influencé par le frottement externe. Ces forces de frottement entravent la reprise du ressort. Dans le cas de charges alternées, cela s’exprime sous la forme d’un Boucle d’hystérésis . Une partie du travail du ressort est convertie en chaleur par le frottement et est alors « perdue ». Comme cela n’est pas souhaitable lors de l’utilisation de ressorts, tout frottement doit être conçu par arrangement et Forme des plumes être évité.
La détente
Par exemple, si un ressort de compression est utilisé température plus élevée est comprimé à une certaine longueur entre des plaques parallèles, on peut déterminer que le Force du ressort diminue progressivement avec le temps. Cette perte de résistance augmente avec l’augmentation de la température et de la tension.
Relaxation du matériau est une déformation plastique qui se manifeste par une perte de force avec une longueur d’installation constante. Ceci est donné en pourcentage de la force de sortie F1:
Relaxation=\frac{\Delta F\cdot 100}{F1}Le schéma suivant montre le déroulement de base de la relaxation et la vitesse de relaxation:
Les valeurs de relaxation après 48 heures sont considérées comme des valeurs caractéristiques, bien que la relaxation ne soit pas encore complètement complète à ce moment. Les diagrammes de relaxation dépendant du matériau se trouvent dans l’EN 13906-1. Ceux-ci ne doivent être inclus par le concepteur que si des exigences élevées sont placées sur la constance de la force du ressort. La relaxation à différents états de température est utilisée dans le calcul Programme de calcul du printemps WinFSB de Gutekunst Federn, disponible sur www.federnshop.com , illustré avec.
Le bon choix de matériau de ressort
Les ressorts métalliques doivent être fabriqués à partir d’un matériau approprié et doivent être conçus et fabriqués de telle sorte qu’ils retrouvent leur forme initiale après la suppression d’une charge appliquée. Cette propriété est exprimée dans le module d’élasticité et dans le module coulissant. Celles-ci Paramètres du matériau exprimer la relation entre tension et allongement et devrait avoir une valeur aussi élevée que possible.
De plus, les matériaux de ressorts doivent:
- des limites d’élasticité élevées, c’est-à-dire une large plage purement élastique,
- les tensions correspondantes également à températures élevées supporter sans perte majeure de force (faible relaxation),
- ont une résistance élevée à la fatigue (structure à grains fins, sans impuretés),
- avoir une déformabilité suffisante,
- avoir une surface aussi glissante que possible,
- résister à certaines exigences de protection contre la corrosion,
- être électriquement conducteur ou non magnétique.
Modules d’élasticité et de glissement de différents matériaux de ressort
| Matériel de ressort | Module d’élasticité [N/mm²] | Module G [N/mm²] |
| Fil d’acier à ressort étiré breveté selon EN 10270-1 | 206000 | 81500 |
| Fil de ressort de soupape trempé à l’huile selon EN 10270-2 | 206000 | 81500 |
| Acier laminé à chaud selon EN10089 | 206000 | 78500 |
| Bande laminée à froid selon EN 10132 | 206000 | 78500 |
| X10 CrNi 18 8 (1,4310) | 185000 | 70000 |
| X7 CrNiAl 17 7 (1.4568) | 195000 | 73000 |
| X5 CrNiMo 17-12-2 (1.4401) | 180000 | 68000 |
| CuSn6 R950 selon EN 12166 | 115000 | 42000 |
| CuZn36 R700 selon EN 12166 | 110000 | 39000 |
| CuBe2 selon EN 12166 | 120000 | 47000 |
| CuNi18Zn20 selon EN 12166 | 135000 | 45000 |
| CuCo2Be selon EN 12166 | 130000 | 48000 |
| Inconel X750 | 213000 | 76000 |
| Nimonic 90 | 213000 | 83000 |
| Hastelloy C4 | 210000 | 76000 |
| Alliage de titane TiAl6V4 | 104000 | 39000 |
Influence de la température de travail sur le choix du matériau du ressort
Comportement à des températures de travail élevées
Le niveau de la température de travail peut influencer de manière significative la fonction d’un ressort, car la tendance à la relaxation augmente avec l’augmentation de la température. Après avoir évalué les diagrammes de relaxation, les températures limites suivantes peuvent être réglées pour les matériaux de ressort les plus importants.
Limiter les températures des matériaux du ressort avec une relaxation minimale
| Matériel de ressort | Température maximale de travail en ° C à | |
| charge élevée | faible charge | |
| Fil d’acier à ressort étiré breveté selon EN 10270-1 | 60-80 | 80-150 |
| Fil de ressort de soupape trempé à l’huile selon EN 10270-2 | 80-160 | 120-160 |
| X10CrNi 18,8 (1,4310) | 160 | 250 |
| X7CrNiAl 17,7 (1,4568) | 200 | 350 |
| X5CrNiMo 17-12-2 (1.4401) | 160 | 300 |
| CuSn6 | 80 | 100 |
| CuZn36 | 40 | 60 |
| CuBe2 | 80 | 120 |
| CuNi18Zn20 | 80 | 120 |
| Inconel X750 | 475 | 550 |
| Nimonic90 | 500 | 500 |
De plus, prenez l’important pour la fonction ressort Propriétés matérielles module d’élasticité et le module de cisaillement diminue avec l’augmentation de la température. Le module de cisaillement et le module d’élasticité sont déterminés à une température plus élevée en utilisant la formule suivante, les paramètres du matériau à température ambiante (20 ° C) servant de base.
G_{t}=G_{20}=\frac{3620-T}{3600}ou.
E_{t}=E_{20}=\frac{3620-T}{3600}
Cela permet au concepteur de déterminer les forces réelles du ressort à la température de fonctionnement prévue.
Comportement à basses températures de fonctionnement
Lorsqu’il est utilisé dans les systèmes de refroidissement, dans l’espace ou quand il fait très froid en hiver, des températures aussi basses que – 200 ° doivent être supportées. Malgré la hausse résistance à la traction les basses températures ont un effet défavorable, car la ténacité des matériaux diminue et des fractures fragiles peuvent se produire. Les aciers à ressort inoxydables ainsi que les alliages de cuivre et de nickel sont préférables aux fils à ressort brevetés et aux fils de ressort de soupape lorsqu’ils sont utilisés à basses températures. Le tableau suivant montre les températures limites.
Recommandations pour une utilisation à basse température
| Matériel de ressort | Température minimale de fonctionnement en ° C |
| Fil d’acier à ressort étiré breveté selon EN 10270-1 | -60 |
| Fil de ressort de soupape trempé à l’huile selon EN 10270-2 | -60 |
| X10CrNi 18,8 (1,4310) | -200 |
| X7CrNiAl 17,7 (1,4568) | -200 |
| X5CrNiMo 17-12-2 (1.4401) | -200 |
| CuSn6 | -200 |
| CuZn36 | -200 |
| CuBe2 | -200 |
| CuNi18Zn20 | -200 |
| Inconel X750 | -100 |
| Nimonic90 | -100 |
Utilisation de systèmes à ressorts
Pour des raisons structurelles, il est également possible d’utiliser plusieurs ressorts pour absorber les efforts et les mouvements. Facile Systèmes à ressort sont Parallèle – et Connexions en série .
une) Connexion parallèle
Les ressorts sont agencés de telle manière que la charge externe (F) est répartie proportionnellement entre les ressorts individuels, mais la course des ressorts individuels est la même. Il en résulte donc:
s=s1=s2=s3=... (course totale du ressort) F=F1+F2+F3+... (force totale du ressort) R=R1+R2+R3+... (taux de ressort total)La raideur des ressorts de l’ensemble du système d’une connexion parallèle est toujours supérieure à la raideur des ressorts individuels
b) Connexion en série
Les ressorts sont disposés les uns derrière les autres, de sorte que la même force agit sur chaque ressort, mais la course du ressort est divisée entre les ressorts individuels. Il en résulte:
s=s1+s2+s3+... (course totale du ressort) F=F1=F2=F3=... (force totale du ressort) R=\frac{1}{frac{1}{R1}+\frac{1}{R2}+\frac{1}{R3}+...} (Raideur totale du ressort)La raideur des ressorts de l’ensemble du système d’une connexion en série est toujours inférieure à la raideur des ressorts individuels
c) Circuit mixte
Plusieurs ressorts sont connectés en parallèle et l’un derrière l’autre. En raison de l’équilibre, R1 = R2 et R3 = R4 doivent être. Dans le cas illustré, ce qui suit s’applique:
R=\frac{1}{\frac{1}{R1+R2}+\frac{1}{R3+R4}+...} (Raideur totale du ressort)La raideur du ressort de l’ensemble du système du circuit de mélange illustré se situe entre la raideur la plus petite et la plus grande des ressorts individuels!
Dans la deuxième partie de la série d’informations « Conception des ressorts métalliques – Partie 2 « Calcul « nous vous fournissons les paramètres de calcul pour le Vérification de la fonction et de la force la Ressorts de compression , Ressorts de tension et Ressorts de jambe devant.
Si vous avez besoin d’une conception de ressort individuelle, envoyez-nous simplement les données de référence du ressort métallique dont vous avez besoin par e-mail à service@federnshop.com, contactez notre service technique par téléphone au (+49) 035877 227-11 ou utilisez le programme de calcul de ressorts de Gutekunst WinFSB sur www.federnshop.com pour calculer librement les ressorts de compression, les ressorts de traction et les ressorts de torsion.
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