Mécanismes : Le Ressort

La plupart des gens ne pensent probablement pas aux ressorts jusqu'à ce qu'ils se tordent ou se cassent, mais la plupart des ressorts du monde sont assez cruciaux. Ceux qui ne s'appellent pas Slinky.

Nous utilisons et rencontrons tous des dizaines de types de sources différents chaque jour sans nous en rendre compte. Regardez à l'intérieur du monde des ressorts et vous trouverez des centaines de variations sur le thème du rebond. Le principe du ressort est suffisamment simple pour pouvoir être étendu à presque toutes les formes et dimensions imaginables et usinables. Parce qu'il peut prendre de nombreuses formes, le ressort en tant que mécanisme a des milliers d'applications. Regardez sous votre voiture, démontez un stylo rétractable, ouvrez une agrafeuse, une porte de four ou une épingle de sûreté, et vous trouverez un ressort ou deux.

Techniquement parlant, un ressort est un objet élastique qui stocke de l'énergie mécanique et la libère lorsqu'il est comprimé, étiré ou tordu. La plus ancienne forme de ressort connue de l'homme est probablement l'arc de tir à l'arc, suivi des ressorts plats des pincettes de l'âge du bronze. Les anciennes voitures romaines utilisaient des suspensions à ressort à lames pour une conduite plus douce sur ces routes rocheuses.

Les ressorts hélicoïdaux, aujourd'hui les plus courants et les plus identifiables, ont été utilisés pour la première fois au XVe siècle dans les serrures et les horloges. Dans les années 1800, ils ont commencé à apparaître dans les lits et les meubles. Dans les années 1980, ils se déformaient régulièrement à l'intérieur des claviers IBM.

Les ressorts peuvent être classés selon leur forme, leur composition et leur utilisation prévue. La plupart des ressorts sont enroulés ou plats, mais il existe des légions de ressorts personnalisés de différentes formes. Les principales utilisations des ressorts incluent le retour de quelque chose à sa position de départ, comme une porte moustiquaire ; mesurer la force, comme une échelle; et stocker de l'énergie pour une utilisation ultérieure, comme dans une montre mécanique ou un jouet à remonter.

Les ressorts sont le plus souvent en métal ou en plastique ; le choix dépend de l'application et de l'environnement prévus. La majorité sont en acier à ressort, qui est un alliage d'acier au carbone étiré à froid. Les ressorts fabriqués à partir d'alliages de cuivre comme le bronze phosphoreux et le cuivre au béryllium offrent une conductivité électrique et thermique élevée. Les ressorts en plastique peuvent sembler peu pratiques, mais ils sont très utiles dans des applications sensibles telles que la transformation des aliments et les équipements à rayons X qui nécessitent des mécanismes non métalliques fabriqués à partir de matériaux inertes.

Peu importe la composition, un bon ressort est celui qui peut revenir à l'équilibre encore et encore sans aucun dommage dimensionnel durable. Un ressort bien conçu devrait fonctionner pendant longtemps, ce qui explique probablement pourquoi tant de ressorts passent inaperçus et ne sont pas pris en compte jusqu'à ce qu'ils se cassent.

Demandez à quelqu'un de dessiner un ressort, et il griffonnera probablement un ressort de compression. Lorsqu'ils sont pressés ou comprimés, ils raccourcissent. Ce sont facilement les plus courants et on les trouve dans tout, des stylos rétractables aux distributeurs de savon en passant par les pistons de flipper et les suspensions de voiture.

Le Slinky est un ressort hélicoïdal pré-comprimé dont les propriétés ont été jouées pour le faire descendre les escaliers de la manière la plus fluide possible. Retirez les piles de quelque chose et vous trouverez probablement des bornes à ressort de compression coniques qui se compriment plus à plat pour économiser de l'espace.

Les ressorts d'extension sont les deuxièmes plus courants. Lorsqu'ils sont étirés ou tirés, ils s'allongent. Ce sont les ressorts qui referment votre porte moustiquaire et donnent du rebond à votre trampoline. Ils sont fabriqués de la même manière que les ressorts de compression. La principale différence est que les ressorts de traction ont des crochets ou des oreilles aux extrémités pour se connecter à la charge ou aux charges qui les étendront. Ces oreilles sont fabriquées en pliant une ou plusieurs des bobines d'extrémité, généralement perpendiculairement à l'orientation des bobines restantes.

L'autre différence est l'espace entre les bobines. Un ressort de compression est conçu pour se comprimer, de sorte que les bobines sont suffisamment espacées pour laisser de la place à la compression. Un ressort d'extension est fait pour s'étendre, de sorte que les bobines se touchent dans leur position non étirée.

Les ressorts de torsion ressemblent aux ressorts de compression, mais sont activés différemment. Alors que les cordes de compression sont sollicitées en torsion, ou par torsion de la matière élastique, les ressorts de torsion sont sollicités en flexion. On les trouve dans les pinces à linge, les appareils électroniques pop-up et bien d'autres choses avec des mâchoires.

La charge est appliquée aux pattes du ressort dans la direction des enroulements de la bobine. Les ressorts de torsion sont comme de petits porte-à-faux enroulés qui soit fournissent un couple, comme dans la pince à linge, soit le supportent comme dans le dégrafeur.

Une autre configuration de torsion courante est la barre de torsion, utilisée dans certaines suspensions de voiture et dans les portes papillon de la DeLorean DMC-12. Les ressorts de torsion peuvent également être plats, comme les spiraux des horloges mécaniques, des boîtes à musique et d'autres jouets à remonter.

Le ressort à lames est un type de ressort plat non torsionnel. Les camions et autres gros véhicules ont souvent des suspensions à ressort à lames qui transfèrent la charge uniformément sur le châssis.

Plus quelque chose est compliqué, plus il est susceptible d'avoir de ressorts. Il en va de même pour les types de ressorts concernés. Tout dépend du besoin. Une agrafeuse en a deux : un ressort d'extension qui fait avancer le magasin et un ressort à lames qui ramène l'agrafeuse en position prête. Les voitures et les lecteurs de cassettes ont chacun de nombreux ressorts différents, bien que la voiture moyenne en ait plus de quelques centaines.

De nombreuses choses nécessitent une action de ressort spécialisée, et pour cela, il existe de nombreux types de ressorts spéciaux, uniques et de formes filaires spécialement conçues, telles que des goupilles fendues ou les poignées d'un clip de reliure. Les ressorts peuvent également être usinés à partir d'une seule pièce de stock.

Les ressorts ondulés sont utilisés à la place des ressorts de compression lorsqu'une déviation de charge serrée est nécessaire dans un petit espace. Certains moteurs électriques préchargent leurs roulements avec un type de ressort ondulé qui réduit le bruit.

Les ressorts serpentins sont du genre en zigzag dont sont faites les suspensions de chaises et de canapés. Je soupçonne que la conception commune du pilon à pommes de terre était basée sur un tel ressort.

Les ressorts à volute ressemblent à une tasse pliable et les ressorts à double volute ressemblent à des croissants. De nombreux types de réservoirs utilisent des suspensions à ressort en volute dans des configurations verticales et horizontales. Cette paire de sécateurs à main dans votre garage a probablement une double volute ; ils ne semblent pas être utilisés pour autre chose.

Le plus étrange pourrait être la rondelle Belleville. Ce sont des disques coniques qui sont empilés dans diverses configurations pour fournir différents types de rebond et que l'on trouve le plus souvent dans les mines terrestres.

Alors, qu'est-ce qui donne aux ressorts leur résilience et leur rebond? Dans le cas de l'acier à ressort, l'élasticité est fonction de la façon dont les molécules interagissent. Au repos, les forces d'attraction et de répulsion à l'intérieur sont équilibrées.

Lorsqu'un ressort de compression est pressé, la force de répulsion s'accumule et le relâchement du ressort écarte les molécules. Dans un ressort d'extension, l'étirement des bobines crée la force d'attraction et le relâchement du ressort rassemble les molécules.

Chaque fois qu'une force agit sur un ressort de quelque nature que ce soit, la quantité de mouvement qui se traduit par le ressort est connue sous le nom de sa déviation. La plupart des ressorts actionnés dans leur limite élastique obéiront à la loi de Hooke, qui stipule que la force (F) nécessaire pour comprimer ou étendre un ressort est égale au produit de la constante du ressort (k) par la distance parcourue (x) (c'est-à-dire sa déviation ). En d'autres termes, la compression ou l'extension de tout ressort est proportionnelle à sa force.

Toutes les spires d'un ressort ne se déformeront pas sous la charge. Tout ressort avec des extrémités fermées aura des bobines inactives qui ne subissent aucune contrainte. Peut-être plus important encore, les conceptions de ressorts doivent tenir compte du nombre de bobines actives nécessaires pour effectuer le travail.

Pour les fabricants de produits, il n'existe pas de solution prête à l'emploi pour les conceptions nécessitant des ressorts. Leurs ressorts doivent être fabriqués sur commande en fonction des dimensions et de la déflexion souhaitées.

Les ressorts métalliques commencent par une bobine de corde d'acier étirée de profil rond, carré ou rectangulaire. Le cordon est introduit dans une machine de formage qui a été configurée pour fabriquer un type de ressort spécifique. La configuration de la machine peut prendre une heure ou plus, mais une fois qu'elle est connectée, elle peut produire des dizaines de milliers de ressorts par heure.

Les ressorts de compression sont simplement enroulés avec les formations d'extrémité souhaitées et coupés. Lors de la fabrication de ressorts de traction, la machine pliera la première ou les deux premières bobines à un angle de 90° pour former un crochet. Ensuite, il enroule le reste du ressort, forme l'autre crochet et le coupe. Certains crochets sont formés à la main, selon le matériau et les spécifications du client.

Les ressorts finis sont ensuite chauffés pour détendre le métal, ce qui soulage les contraintes d'enroulement et les aide à conserver leur forme après la flexion. Certains ressorts sont sablés avec un flux de granulés à grande vitesse pour une résistance accrue dans un processus appelé grenaillage.

La plupart des ressorts grand public sont enroulés à froid. Pour les diamètres de fil supérieurs à 16 mm, ils sont bobinés à chaud comme vous pouvez le voir ci-dessous. Les ressorts enroulés à chaud se trouvent dans les automobiles, les équipements agricoles et de construction et les suspensions de locomotives.

Disons que vous avez un design qui pourrait bénéficier de l'élasticité. Si vous ne trouvez pas celui dont vous avez besoin dans cet assortiment de printemps de Microcenter, vous pouvez fabriquer le vôtre avec du fil à musique si vous avez accès à un tour et à un mandrin. [ThisOldTony] peut vous aider avec les détails. Avez-vous fabriqué vos propres ressorts ? Faites le nous savoir dans les commentaires.

Bien que nous commencions à peine à effleurer la surface du sujet des ressorts, nous espérons que vous avez gagné le respect de ces mécanismes qui travaillent dur.