Vous trouverez ci-dessous le résumé des bases sur Conception de ressort de Ressorts de compression , Ressorts de tension et Ressorts de jambe .

Federarbeit Grafik - Gutekunst FedernLes 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.

 

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.

Caractéristiques du ressort - Gutekunst Federn
Caractéristiques du ressort a) progressif d’un ressort de compression conique, b) linéaire un ressort de compression cylindrique, dégressif une colonne de ressort de disque

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<wpml_curved wpml_value='F2-F1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='s2-s1'></wpml_curved>

pour jambes et ressorts de torsion

R_<wpml_curved wpml_value='M'></wpml_curved>=\frac<wpml_curved wpml_value='M2-M1'></wpml_curved>{\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<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='2'></wpml_curved>F\cdot s

pour ressorts de torsion

W=\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='2'></wpml_curved>M\cdot \alpha

En 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_<wpml_curved wpml_value='A'></wpml_curved>=\frac<wpml_curved wpml_value='W'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='V'></wpml_curved>

 

L’hystérésis

Federarbeit bei Reibung | Gutekunst Federn

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.

Ressorts en acier à boucle d'hystérésis
Boucle d’hystérésis de frottement

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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}<wpml_curved wpml_value='F1'></wpml_curved>

Le schéma suivant montre le déroulement de base de la relaxation et la vitesse de relaxation:

Graphiques de relaxation - Gutekunst Federn
Évolution temporelle de la relaxation et de la vitesse de relaxation dans les ressorts hélicoïdaux de compression

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

Ressorts métalliques doit provenir d’un Matériel fabriqués et conçus et conçus de manière à retrouver leur forme d’origine après le retrait 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 divers matériaux

Matériel 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 lors du choix du matériau

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 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_<wpml_curved wpml_value='t'></wpml_curved>=G_<wpml_curved wpml_value='20'></wpml_curved>=\frac<wpml_curved wpml_value='3620-T'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='3600'></wpml_curved>

ou.

E_<wpml_curved wpml_value='t'></wpml_curved>=E_<wpml_curved wpml_value='20'></wpml_curved>=\frac<wpml_curved wpml_value='3620-T'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='3600'></wpml_curved>

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 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 .

Graphiques Spring Systems - Gutekunst Federn
Systèmes à ressort a) connexion parallèle, b) connexion en série, c) Circuit de mélange

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 de suspension)

F=F1=F2=F3=... (Force totale du ressort)

R=R1+R2+R3=... (Raideur totale du ressort)

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 de suspension)

F=F1=F2=F3=... (Force totale du ressort)

R=\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved>{\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='R1'></wpml_curved>+\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='R2'></wpml_curved>+\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved><wpml_curved wpml_value='R3'></wpml_curved>+...}  (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<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved>{\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved>{R1+R2}+\frac<wpml_curved wpml_value='1'></wpml_curved>{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 en avez besoin conception de ressort individuelle envoyez-nous simplement les données clés du ressort métallique dont vous avez besoin technik@gutekunst-co.com , contactez notre service technique par téléphone au (+49) 035877227-11 ou utilisez le www.federnshop.com la Programme de calcul de ressorts Gutekunst WinFSB pour le calcul gratuit des ressorts de compression, des ressorts de traction et des ressorts de torsion.

Information additionnelle:

Conception de ressorts métalliques – Partie 1 «Bases»
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