Ressorts hélicoïdaux

Les ressorts hélicoïdaux sont l’application la plus courante du ressort dans le sport automobile. Pour des raisons et plus d’informations sur les ressorts hélicoïdaux, assurez-vous de consulter notre article « ressorts hélicoïdaux ».

Il existe deux façons principales de calculer la vitesse du ressort. L’une consiste en des calculs basés sur l’examen et la mesure du ressort. L’autre est par mesure pratique. La mesure pratique est la forme la plus précise lorsqu’elle est effectuée avec le bon équipement. Les deux voies sont indiquées ci-dessous.

La voie de calcul

Le diagramme ci-dessous montre un ressort hélicoïdal ainsi que les paramètres importants suivants qui sont nécessaires pour calculer la vitesse du ressort.

Les paramètres importants sont:

• L = Longueur Libre du Ressort Non Chargé (m)
• G = Module de cisaillement de la Rigidité du Matériau
• d = Diamètre du fil (m)
• D = Diamètre moyen (m)
• N = Nombre de bobines actives (une bobine active balaie un cercle complet)

Où:

• La longueur libre est la distance entre la face supérieure du ressort et la face supérieure du ressort. face inférieure du ressort lorsqu’il n’y a pas de charge dessus.
• Le module de rigidité du cisaillement est basé sur le type de matériau à partir duquel le ressort est fabriqué. La valeur peut être trouvée dans le tableau ci-dessous. Tout ce que vous devez savoir, c’est de quel matériau votre ressort est fabriqué. Si vous n’êtes pas sûr, le matériel le plus courant est surligné en gras dans le tableau.

Material	Shear Modulus of Rigidity (G)
ANSI 1095 Spring Steel	79,300,000,000 Pa
Cold Rolled Steel	75,000,000,000 Pa
Stainless Steel	77,200,000,000 Pa

• Wire diameter is l’épaisseur du métal hélicoïdal qui est mesurée le plus précisément avec des étriers vernier
• Le diamètre moyen est représenté sur le diagramme et est la distance entre les centres du ressort hélicoïdal. La façon la plus simple d’atteindre ce nombre est avec l’équation ci–dessous
  • Diamètre moyen = Diamètre total du ressort – Diamètre du fil
• Le nombre de bobines actives a encore une incertitude dans l’industrie quant à la façon d’appliquer un nombre précis pour un type de ressort. Le diagramme ci-dessous montre 4 styles communs qu’un ressort hélicoïdal a à ses extrémités.

• • Extrémités fermées
  • Extrémités fermées et rectifiées
  • Extrémités plates Rectifiées
  • Extrémités lisses

La norme de l’industrie à présent est qu’une le ressort à extrémités fermées ou à extrémités fermées et rectifiées a une bobine inactive à chaque extrémité, ce qui signifie que deux bobines doivent être retirées de la quantité totale de bobines pour le paramètre « nombre de bobines actives ».

Cependant, les ressorts à extrémités lisses sont considérés comme n’ayant pas de bobines inactives, de sorte que chaque bobine compte dans le paramètre « nombre de bobines actives ».

Enfin, les ressorts à extrémités lisses rectifiées sont considérés comme ayant une demi-bobine inactive à chaque extrémité, ce qui signifie qu’un total de 1 bobine est retiré pour le paramètre « nombre de bobines actives ».

Il est très important de comprendre comment vos ressorts sont finis car le paramètre du nombre de bobines actives peut avoir une grande influence sur la vitesse de ressort calculée.

L’équation

Une fois vos mesures terminées, il est temps de calculer la rigidité de votre ressort hélicoïdal avec l’équation ci-dessous.

Par conséquent:

Donc en utilisant les figures d’exemple de:

• G = 79,3 GPa
• d = 10,3 mm
• N = 6
• D = 68,5 mm

La méthode pratique

Si vous avez accès à un équipement d’essai de charge, la méthode pratique est l’option la plus précise pour calculer votre taux de ressort. Une machine telle qu’une Tinnius-Olsen illustrée ci-dessous est l’équipement idéal pour ce test. Si vous avez accès à un ou à quelque chose de similaire, insérez votre ressort sur la machine et compressez-le de 10 mm. Enregistrez la force nécessaire pour le comprimer à ce stade. Comprimez ensuite le ressort par paliers de 10 mm, en enregistrant la force requise en chaque point. Si le ressort commence à devenir trop sollicité vers la fin de l’essai, ne continuez pas à comprimer car cela pourrait endommager le ressort.

Avec tous vos résultats dans un format similaire à l’exemple ci-dessous, convertissez toutes vos lectures millimétriques en mètres. Divisez ensuite la force requise par la distance déplacée dans chaque cas. Si toutes les réponses à cela se ressemblent, vous avez un ressort à taux constant. Vous pouvez maintenant additionner toutes les réponses et les diviser par le nombre de résultats pour obtenir la lecture moyenne qui est votre taux de ressort.

Si les réponses deviennent progressivement plus petites ou plus grandes d’une quantité notable, vous avez un ressort à taux progressif. Si c’est le cas pour vous, il serait préférable de tracer un graphique de vos résultats n taux de ressort de traçage Excel par rapport au mm de compression. Ce sera une information très importante à connaître lors de l’application de la pré-charge à votre ressort. De plus, si vous savez à quel point votre voiture s’abaisse lorsqu’elle est assise sur ses roues, vous pouvez calculer la vitesse de ressort statique de vos ressorts à la hauteur de roulement pour référence future.

Ressorts à lames

Le calcul de la vitesse du ressort pour un ressort à lames est beaucoup plus complexe que pour un ressort hélicoïdal. Cela est dû au nombre de variables qui peuvent s’appliquer aux ressorts à lames tels que l’épaisseur, la largeur et la conicité des lames, les variations de contraintes d’extrémité ou la charge appliquée décentrée, etc. Par conséquent, le moyen le plus précis de mesurer la rigidité des ressorts à lames est pratiquement. Cependant, pour une réponse proche, vous pouvez également utiliser la voie de calcul où certaines approximations doivent être faites.

La voie de calcul

Il existe deux principaux types de ressorts à lames dans les applications automobiles. Ils sont « paraboliques à une feuille » et « ressort à lames laminé ». Ce dernier est plus courant dans les applications modernes. Les images ci-dessous affichent les différents types.

Parabolique à une feuille

Ressort à lames laminé

Deux équations s’appliquent aux ressorts à lames. L’un est la formule de contrainte de flexion pour s’assurer que la charge maximale ne stressera pas trop le matériau. L’autre est la rigidité du ressort. C’est le chiffre qui est important pour d’autres calculs. Les équations pour un ressort parabolique à lame unique sont :

Et :

Où:

• L = La moitié de la longueur totale du ressort à lames le plus long (m)
• F = Force appliquée à chaque point de montage sur le châssis (généralement la moitié de la charge appliquée au point d’essieu) (m)
• b = Largeur du ressort à lames au point central (m)
• t = Profondeur verticale du ressort à lames au point central où il se monte sur l’essieu (m)
• E = Module de Youngs pour le matériau (Pa) (voir tableau ci-dessous )
• X= Déplacement du ressort verticalement (m)

Les équations pour un ressort à lames laminé varient légèrement et sont :

Et:

Où:

• L = La moitié de la longueur totale du ressort à lames le plus long (m)
• F = Force appliquée à chaque point de montage sur le châssis (généralement la moitié de la charge appliquée au point d’essieu) (m)
• b = Largeur du ressort à lames au point central (m)
• n = nombre de feuilles empilées
• n ‘ = nombre de feuilles directement aux extrémités du ressort
• t = Profondeur verticale du ressort à lames au point central où il se monte sur l’essieu (m)
• E = Module de Youngs pour le matériau (Pa) (voir tableau ci-dessous)
• X= Déplacement du ressort verticalement (m)

Tableau de module de Youngs pour Common Materials

Material	Youngs Modulus (E)
ANSI 1095 Spring Steel	207,000,000,000 Pa
Cold Rolled Steel	186,000,000,000 Pa
Mild Steel	210,000,000,000 Pa

The Practical Route

La voie la plus précise pour mesurer la rigidité de vos ressorts à lames est de les tester pratiquement si vous disposez du bon équipement d’application de la charge. Pour tester la charge, vous devez déconnecter l’essieu du ressort et l’éloigner directement du ressort. Ensuite, une charge doit être appliquée à l’aide d’un dispositif qui mesurera la quantité de charge appliquée en Newtons de force. Le ressort à lames doit être dévié par incréments de 10 mm avec la force requise pour déplacer le ressort enregistrée. Pour chaque pas, la force peut être divisée par le déplacement pour donner la vitesse du ressort en utilisant l’équation ci-dessous. Si les nombres ont une grande variation et augmentent à chaque fois après l’utilisation de l’équation ci-dessous, le ressort a une vitesse progressive et un graphique doit être tracé dans Excel pour montrer quelle vitesse est présente à chaque point de déplacement car cela sera plus précis que d’utiliser une équation.

Où:

• F = Force appliquée (N)
• x = Quantité de déplacement (m)

Comment convertir la Métrique en Impériale

Si vous préférez avoir vos taux de ressort en livres et en pouces, vous pouvez utiliser l’équation de conversion ci-dessous pour changer le résultat des newtons par mètre en livres par pouce.

De même si vous souhaitez convertir les livres par pouce en newtons par mètre, entrez la valeur des livres par pouce où il est indiqué ci-dessous et je produirai la réponse newtons par mètre.

Comment ajouter des taux de ressort pour plusieurs ressorts

Il existe deux configurations dans lesquelles plusieurs ressorts entrent. L’un est des ressorts en série et l’autre est des ressorts en parallèle. Une voiture peut être considérée comme ayant des ressorts en parallèle car si vous regardez l’axe avant d’une voiture, chaque roue est son propre ressort agissant sur l’avant du véhicule, ce qui fait un total de deux ressorts travaillant côte à côte. Cela les rend parallèles.

Ressorts en série

Voici quelques exemples du moment où un ressort peut être considéré en série.

Lorsque deux ressorts ou plus sont placés l’un sur l’autre, le taux de ressort combiné devient toujours inférieur à celui du ressort le plus doux. En effet, vous avez effectivement ajouté encore plus de bobines au ressort plus doux (N), ce qui réduit la vitesse globale du ressort. La vitesse de ressort pour chaque ressort individuel doit d’abord être connue avant que l’équation ci-dessous puisse être utilisée pour calculer la vitesse de ressort totale des ressorts en série. Si deux ressorts sont utilisés en série, l’équation ci-dessous peut être utilisée:

Où:

• K total= Taux de ressort combiné
• K1= taux de ressort inférieur
• K2=Taux de ressort supérieur

Si plus de deux ressorts sont en série, le ressort suivant peut continuer à être ajouté à l’équation pour tous les ressorts; par exemple dans le cas de 4 ressorts empilés sur l’équation serait la suivante:

Ressorts en parallèle

Les ressorts en parallèle peuvent également être obtenus de plusieurs manières. Les images ci-dessous montrent quelques exemples de quand les ressorts peuvent être considérés en parallèle.

On dit que les ressorts sont en parallèle lorsqu’ils partagent toujours une charge. La vitesse composite des ressorts parallèles est beaucoup plus facile à calculer que celle des ressorts en série, car les vitesses des ressorts sont simplement additionnées. L’équation ci-dessous peut être utilisée pour calculer la vitesse de ressort effective globale des ressorts parallèles:

Et ainsi de suite.

Avant la sortie de la partie 2 la semaine prochaine, veuillez également lire « Comment ajuster et régler les barres anti-roulis » pour plus d’informations sur la façon de calculer les taux de ressort des barres anti-roulis.