Ressorts cylindriques hélicoïdaux de compression.

Ce calcul est destiné à la conception de la résistance et au dimensionnement des ressorts hélicoïdaux cylindriques de compression faits de fils et de tiges de section circulaire, sous l'action des forces statiques ou respectivement dynamiques. En plus de la conception des paramètres géométriques et de la résistance, ce calcul est compatible aux systèmes de DAO. Le programme fournit les solutions aux tâches suivantes:

  1. Conception automatique d'un ressort.
  2. Choix de l'alternative optimale de la conception d'un ressort du point de vue de la résistance, de la géométrie et du poids.
  3. Contrôle de la résistance statique et dynamique.
  4. Calcul des forces d'un ressort des dimensions de production et de montage connues.
  5. Calcul des dimensions de montage pour un ressort de paramètres de chargement et de production connus.
  6. Le programme contient un tableau des matériaux généralement utilisés pour les ressorts selon OIN, EN, ASTM/SAE, DIN, BS, JIS et d'autres.
  7. Support des systèmes de DAO 2D et 3D.

Le calcul est basé sur les données, les procédures, les algorithmes et les informations de la littérature spécialisée et des normes EN 13906-1, DIN 2089-1, DIN 2095, DIN 2096.

Commande, structure et syntaxe des calculs.

L'information sur la syntaxe et la commande du calcul peut être trouvée dans le document " commande, structure et syntaxe des calculs ".

Information sur le projet.

L'information sur le but, l'utilisation et la commande du paragraphe "information sur le projet" peut être trouvée dans le document " information sur le projet ".

Principes de base.

Un ressort de compression est un ressort cylindrique hélicoïdal avec espacement constant entre les enroulements actifs, de rigidité pratiquement constante et capable de supporter les forces externes agissant dans son axe dans les sens opposés. En rapport avec l'usage du ressort, on distingue quatre états de base des ressorts:

État du ressort Description des états d'un ressort index
libre

 le ressort n'est pas contraint

0
précontraint

 le ressort est exposé au chargement opérationnel minimal

1
entièrement contraint

 le ressort est exposé au chargement opérationnel maximal

8
limitation

 le ressort est comprimé jusqu'au contact des spires

9

 

Les index mentionnés ci-dessus sont employés dans le calcul pour indiquer différents paramètres du ressort lié à l'état donné du ressort.

Processus de calcul.

La conception d'un ressort est une tâche qui ne peut pas être résolue directement et offre une liberté considérable dans le choix du type de conception, des dimensions ou du chargement du ressort. Plusieurs ressorts de diverses conceptions et dimensions peuvent remplir les conditions des paramètres d'entrée désirés. Par conséquent, il est nécessaire de procéder itérativement et d'évaluer successivement les différentes conceptions du ressort. Ce calcul résout ce problème par la création d'un tableau des conceptions optimales suivant les critères de qualité choisis. Le procédé de la conception est donné dans les points suivants.

  1. Déterminez le régime du cycle de fonctionnement (le mode de chargement, la température et l'agressivité de l'environnement de fonctionnement). [ 1,1 ]
  2. Choisissez les propriétés de production et de montage du ressort. [ 1,5 ]
  3. Choisissez le mode de chargement correspondant et déterminez le niveau de sûreté désiré. [ 1,12 - 1,13 ]
  4. Pour le chargement dynamique du ressort, déterminez le régime de chargement, la durée de vie désirée et le niveau de sûreté. [ 1,16 - 1,18 ]
  5. Choisissez le mode de production convenable du ressort. [ 2,1 ]
  6. Selon le domaine d'utilisation recommandé [ 2,3 ] choisissez le matériel du ressort. [ 2,2 ]
  7. Entrez les paramètres désirés du cycle de fonctionnement (chargement, longueur et course du ressort). [ 3,1 ]
  8. Placez les filtres nécessaires et les conditions de limite de la conception du ressort. [ 3,7 ]
  9. Choisissez le système de classification des résultats [ 3,18 ] et appuyez sur le bouton pour démarrer le calcul de la conception. [ 3,19 ]
  10. Choisissez une solution satisfaisante à partir du tableau [ 3,20 ].
  11. Contrôlez les paramètres du ressort conçu dans le chapitre. [ 4 ]
  12. Au cas où vous voudriez "légèrement" accorder les dimensions du ressort, utilisez les calculs supplémentaires [ 7.8.9 ] pour leur rectification. Après les rectifications, transférez les résultats de nouveau au chapitre [ 4 ] et contrôlez encore si le ressort satisfait à tous les contrôles nécessaires. [ 4,38, 4,43, 4,45 ]
  13. Sauvegardez le cahier de travail avec la solution conçue sous un nouveau nom.

Choix des conditions de charge, des paramètres de fonctionnement et de production. [1]

Dans ce paragraphe, entrez les paramètres initiaux de base caractérisant le régime et le mode de chargement, la conception et le type de montage du ressort et les paramètres de l'environnement de fonctionnement.

1.2 Type de chargement.

Pour le calcul des ressorts, on distingue deux types de base de contrainte:

  1. Chargement statique.
    Ressorts chargés statiquement ou avec une faible variabilité, c.-à-d. avec les changements cycliques du chargement sans contacts mutuels des enroulements et avec une durée de vie de moins de 10 5 cycles de fonctionnement.
  2. Chargement dynamique.
    Les ressorts sous l'action des charges (dynamiques) oscillatoires, c.-à-d. avec les changements cycliques du chargement et avec une durée de vie de 10 5 cycles de fonctionnement ou plus.

1.3 Température opérationnelle.

La température de l'environnement de fonctionnement affecte la relaxation du ressort, qui se manifeste par la baisse de la force du ressort avec sa déformation à une longueur constante, en fonction du temps. Il est recommandé de tenir compte de ce fait dans la conception du ressort, et augmente le niveau de la sûreté pendant les contrôles de la résistance du ressort pour les températures supérieures à 80°C. Il est nécessaire de tenir compte de la température opérationnelle également dans le choix du matériel du ressort.

Note: Si la conception automatique du niveau de sûreté désiré est activée [ 1,13, 1,18 ], le programma évalue et tient compte de l'effet de la température opérationnelle dans la conception du niveau de sûreté en fonction du matériel du ressort choisi.

1.4 Environnement de fonctionnement.

La durée de vie des ressorts diminue sensiblement avec les effets de la corrosion. La corrosion a des effets très remarquables en particulier pour les ressorts exposés aux charges de fatigue. Il est recommandé de tenir compte de ce fait dans la conception du ressort, et augmenter le niveau de sûreté pendant les contrôles de la résistance du ressort dans un environnement corrosif. Il est également nécessaire de considérer les effets de la corrosion dans le choix du matériel du ressort.

Note: Si la conception automatique du niveau de sûreté désiré est activée [ 1,13, 1,18 ], le programma évalue et tient compte de l'effet de l'agressivité de la corrosion de l'environnement de fonctionnement dans la conception du niveau de sûreté en fonction du matériel du ressort choisi.

1.6 Montage du ressort.

Avec les ressorts de compression, il est toujours nécessaire de s'assurer de sa protection contre la déviation latérale. En plus de la valeur de la déformation opérationnelle maximale (compression) du ressort, le type de montage du ressort aussi affecte de manière considérable la possible déviation.

Un ressort qui ne peut pas être conçu de façon à empêcher la déviation latérale est d'habitude fixé à l'aide d'un mandrin ou d'une douille. S'il y a risque d'endommagement du ressort dû au frottement contre la goupille ou la douille, le ressort peut être divisé en plusieurs ressorts plus courts disposés en série.

Choisissez le type de montage sur la liste selon l'image.

A) extrémités fixée - libre

B) extrémités articulée - articulée

C) extrémités fixée - fixée avec glissement latéral

D) extrémités fixée - articulée

E) extrémités fixée - fixée

F) Montage guidé: le ressort est fixé à l'aide d'une douille ou d'un mandrin

Note: Du point de vue de la prévention contre la déviation latérale, le montage de type A est le moins convenable.

1.7 Conception des extrémités du ressort.

Avec les ressorts de compression, plusieurs types d'extrémités sont utilisés. Ces types diffèrent les uns des autres par les nombres d'extrémités et d'enroulements usinés et par les conceptions des surfaces d'appui des ressorts. Choisissez la conception sur la liste selon l'image.

G) Extrémité ouverte non usinée: la dernière spire du ressort n'est pas plié à la spire adjacente, la surface d'appui n'est pas usinée

H) Extrémité ouverte usinée : la dernière spire du ressort n'est pas plié à la spire adjacente, la surface d'appui est usinée et est perpendiculaire à l'axe du ressort

I) Extrémité fermée non usinée: la dernière spire du ressort est plié à la spire adjacente (d'habitude se pose sur l'extrémité libre), la surface d'appui est non usinée

J) Extrémité fermée usinée: la dernière spire du ressort est plié à la spire adjacente, la surface d'appui est usiné

1.8 Traitement extérieur du ressort.

Le grenaillage du ressort augmente la limite de fatigue à la torsion d'approximativement 10 à 15%. Ce qui permet de réduire la quantité de matériel nécessaire pour la production du ressort, les dimensions et donc l'espace de montage et d'augmenter la course du ressort et la sûreté contre la fatigue pour les ressorts grenaillés sous l'action des charges dynamiques. Par conséquent, il est recommandé d'appliquer le grenaillage à tous les ressorts exposés aux charges oscillatoires. Pour des raisons technologiques, le grenaillage ne s'applique qu'aux ressorts avec des diamètres de fil de plus de 1 mm.

Note: Pour les ressorts exposés aux charges statiques, le traitement extérieur n'affecte pas le calcul de la résistance du ressort.

1.9 Sens de l'enroulement de la spire.

En majorité, l'enroulement droit des ressorts est préféré (spirales dextrogyres); l'enroulement gauche est utilisé seulement en cas de nécessité pour des raisons techniques.

1.10 Nombre de spires de fermeture et de spires usinées.

Spires de fermeture

Les spires de fermeture sont les spires des extrémités du ressort, coaxiales avec les spires actives. Leur pas ne change pas pendant la déformation due à la contrainte du ressort. Les spires de fermeture constituent les surfaces d'appui du ressort et pour les ressorts de compression, le même type de spire de fermeture est souvent utilisé pour toutes les deux extrémités du ressort.

Spires usinées

Les spires des extrémités du ressort, usinées de façon à former un plan perpendiculaire à l'axe du ressort. D'habitude elles sont usinées à partir des trois-quarts ou de la moitié de la spire de fermeture jusqu'à son extrémité libre. Les spires usinées sont généralement utilisées seulement pour les ressorts avec des diamètres de fils d > 1 mm.

1.12 Régime d'un ressort sous l'action d'une charge statique.

Choisissez le type de chargement qui convient le mieux à vos caractéristiques.

  1. Régime léger.
    Chargement continu sans chocs, avec un cours selon la sinusoïde; chargement avec de petites déformations ou de faible fréquence, ressorts rarement ou très peu contraints avec une durée de vie jusqu'à 1000 cycles. Par exemple, les ressorts utilisés dans des instruments de mesure, des dispositifs de sécurité, etc..
  2. Régime moyen.
    Chargement continu avec une faible ou moyenne uniformité, chargement avec une fréquence de déformation normale et une durée de vie jusqu'à 105 cycles. Ressorts généralement utilisés dans des machines-outils, des produits mécaniques ou des pièces électriques.
  3. Régime lourd.
    Chargement avec des chocs lourds, une haute fréquence de déformation ou avec des déformations aiguës dans de plus longues périodes de temps; ressort avec une longue durée de vie; ressorts où il y a risque de collision des spires due à l'inertie. Par exemple, les ressorts utilisés dans les marteaux pneumatiques, les machines hydrauliques, les valves, etc...

1.13 Niveau de sûreté désiré d'un ressort sous l'action d'une charge statique.

C'est le rapport minimal admissible entre la contrainte de torsion limite permise t D du matériel choisi du ressort et la contrainte maximale réelle t8 dans les spires du ressort. Pour un environnement non-corrosif et une température de fonctionnement de la proximité immédiate du ressort jusqu'à 80 °C, et en rapport avec le régime et le cours de chargement, il est recommandé de choisir un niveau de sûreté dans l'intervalle de 1,05 à 1,3 pour les ressorts de compression. Les ressorts fonctionnant aux températures élevées ou dans un environnement agressif devraient être conçus avec des niveaux de sûreté plus élevés.

Note: Si la case de contrôle est cochée, le niveau de sûreté recommandé est conçu (estimé) automatiquement en rapport avec le régime et le cours de chargement et le matériel choisi.

1.14 Méthode de correction de la contrainte de torsion.

Avec les ressorts hélicoïdaux, la contrainte dans la spire pour un chargement donné est calculée comme une torsion simple. La contrainte de flexion additionnelle dans la spire est due à son arrondissage. Par conséquent, la contrainte est corrigée dans le calcul en utilisant un coefficient de correction. Du fait que différents coefficients sont souvent utilisés, choisissez sur la liste, le coefficient de correction qui remplit les critères des recommandations ou des normes locales.

Note: Du point de vue du contrôle de la résistance d'un ressort exposé au chargement statique, l'usage du coefficient de correction de Bergstrasserr donne les meilleurs résultats.
Conseil: Pour les ressorts exposés au chargement statique, d'habitude les corrections ne sont pas effectuées.

1.16 Régime d'un ressort sous l'action d'une charge dynamique.

Choisissez le type de chargement qui convient le mieux à vos caractéristiques.

  1. Chargement continu.
    Chargement continu sans chocs, avec un cours selon la sinusoïde, sans collision des spires.
  2. Chargement avec des chocs légers.
    Chargement avec irrégularité faible ou moyenne, sans collision des spires, le cours du chargement change selon une courbe différente de la sinusoïde.
  3. Chargement avec des chocs lourds.
    Les ressorts exposés aux chocs lourds, avec le cours de chargement discontinu; ressorts avec des déformations aiguës dans des périodes de temps plus longues ou irrégulières; ressorts où il y a risque de collision des spires due à l'inertie.

1.17 Durée de vie désirée du ressort.

Dans les ressorts sous l'action d'une charge dynamique on distingue deux zones de chargement de fatigue. Dans la première zone, avec une durée de vie limitée du ressort (approximativement 107 cycles) la résistance du ressort à la fatigue diminue avec le nombre croissant de cycles de fonctionnement. Dans la zone de la durée de vie illimitée (la durée de vie désirée du ressort est supérieure à 107 cycles de fonctionnement), la limite de fatigue du matériel et donc la résistance du ressort demeurent pratiquement constantes.

1.18 Niveau de sûreté désiré d'un ressort sous l'action d'une charge dynamique.

C'est le rapport minimal admissible entre la contrainte de torsion limite permise t D du matériel choisi du ressort et la contrainte maximale réelle t 8 dans les spires du ressort. Pour un environnement non-corrosif et une température de fonctionnement de la proximité immédiate du ressort jusqu'à 80 °C, et en rapport avec le régime et le cours de chargement, il est recommandé de choisir un niveau de sûreté dans l'intervalle de 1.05. à 1.25. En déterminant le niveau de sûreté, il est également nécessaire de considérer la convenance du matériel choisi pour le chargement de fatigue. Avec les matériaux peu convenables pour le chargement de fatigue, il est recommandé de rehausser le niveau de sûreté désiré de jusqu'à 20%. Les ressorts fonctionnant aux températures élevées ou dans un environnement agressif devraient être conçus avec des niveaux de sûreté plus élevés. Surtout que la corrosion diminue de manière significative la durée de vie d'un ressort exposé au chargement dynamique.

Note: Si la case de contrôle est cochée, le niveau de sûreté recommandé est conçu (estimé) automatiquement en rapport avec le régime et le cours de chargement et le matériel choisi.

1.19 Méthode de correction de la contrainte de torsion.

Avec les ressorts hélicoïdaux, la contrainte dans la spire pour un chargement donné est calculée comme une torsion simple. La contrainte de flexion additionnelle dans la spire est due à son arrondissage. Par conséquent, la contrainte est corrigée dans le calcul en utilisant un coefficient de correction. Du fait que différents coefficients sont souvent utilisés, choisissez sur la liste, le coefficient de correction qui remplit les critères des recommandations ou des normes locales.

Note: Du point de vue du contrôle de la résistance d'un ressort exposé au chargement dynamique, l'usage du coefficient de correction de Wahl donne les meilleurs résultats.

Choix du matériel du ressort. [2]

Ce paragraphe sert au choix du matériel du ressort. Après le choix du matériel sur la liste, toutes les informations nécessaires pour la conception et le calcul du ressort sont immédiatement affichées. Si vous avez besoin de l'information plus détaillée sur le matériel choisi, ou voulez définir ou modifier votre propre matériel, allez à la feuille "Matériel".

2.1 Méthode de production.

Choisissez le traitement requis du ressort sur la liste. L'enroulement à froid sera employé pour les ressorts des tailles ordinaires avec un diamètre du fil jusqu'à 16 mm. La formation chaude sera employée pour la production des ressorts fortement chargés de plus grandes tailles avec un diamètre de plus de 10 mm.

Avertissement: Si la méthode de production change, l'ensemble des conditions marginales (les dimensions limites du ressort) sera ajusté en conséquence, comme défini dans le paragraphe [3] sur la feuille "Options".

2.2 Matériel du ressort.

Choisissez le matériel du ressort à partir de la liste. En plus de 5 matériaux de l'utilisateur, la liste contient les matériaux choisis d'une norme. Si vous souhaitez utiliser les matériaux d'une autre norme, choisissez la norme respective dans la feuille "Matériel".

2.3 Domaine d'utilisation du matériel choisi.

Ce paragraphe contient l'information sur l'usage recommandé du matériel choisi. Le matériel du ressort devrait être conçu en rapport avec le régime et le mode de chargement du ressort. Si vous devez utiliser un matériel moins approprié, ce fait devrait être reflété par l'usage d'un niveau de sûreté plus élevé dans la conception du ressort (voir la rangée [1.13] ou [1.18]).

Les propriétés du matériel choisi décrites dans les rangées [2.4, 2.6] sont évaluées en cinq degrés (excellent, très bon, bon, pauvre, insuffisant), la résistance relative dans la rangée [2.5] en trois degrés (supérieur, moyen, inférieur).

2.9 Propriétés mécaniques et physiques du matériel.

Cette partie donne tous les paramètres nécessaires pour le calcul, indépendamment du diamètre du fil utilisé.

2.13 Caractéristiques de la résistance du matériel.

Ce chapitre contient les caractéristiques de la résistance du matériel choisi qui sont nécessaires pour la conception et le calcul du ressort. Les données caractérisant la résistance du matériel peuvent être différentes pour le même matériel selon le diamètre du fil utilisé. Par conséquent, les valeurs indiquées ici dépendent du diamètre du fil comme indiqué dans la rangée [4.8].

2.16 Résistance limite au cisaillement.

Tension maximale autorisée du matériau du ressort en torsion sous une charge occasionnelle et pour une durée de vie illimitée.

Conception du ressort. [3]

Ce paragraphe sert à la conception du ressort. La conception d'un ressort a souvent plusieures solutions convenables pour les conditions initiales données. Ce programme procède donc itérativement dans la conception du ressort et pour les conditions initiales données, il parcourt les différents types de conception du ressort et choisit un groupe des solutions convenables sur base des critères de qualité choisis. Les solutions choisies sont alors présentées dans un tableau d'où vous pouvez choisir la conception qui vous convient le plus. Les données du ressort choisi sont alors immédiatement affichées dans le chapitre des résultats.

3.1 Paramètres désirés du cycle de fonctionnement.

Cette partie sert à l'inscription des données initiales décrivant les paramètres de base du cycle de fonctionnement que le ressort conçu devrait remplir. La première colonne contient la valeur requise du paramètre donné du ressort ; la deuxième colonne contient la déviation permise de la valeur requise dans l'intervalle de 0-99%. Pour que le ressort conçu rencontre exactement la valeur désirée du paramètre donné, la déviation doit être nulle.

3.7 Filtres de la solution conçue.

Dans cette partie, il est nécessaire d'indiquer les divers filtres et conditions marginales de la conception. Leur réglage peut sensiblement affecter le cours de la conception du ressort et déterminer ainsi la vitesse, la précision et la qualité de la conception, la portée et le nombre de solutions appropriées et une norme qualitative pour l'évaluation des meilleures conceptions.

Recommandation: Dans la conception, il est recommandé d'ajouter et de durcir les conditions marginales et les filtres progressivement. Ce qui facilite l'identification des solutions non-existantes éventuelles.

3.8 Diamètre extérieur maximal permis du ressort.

S'il est nécessaire de limiter le diamètre extérieur du ressort dans sa conception (par exemple, si le ressort doit être tenue dans une douille), cochez la case de contrôle au début de la rangée et écrire la valeur maximale permise du diamètre extérieur du ressort dans le champ d'entrée.

3.9 Diamètre intérieur minimal permis du ressort.

S'il est nécessaire de limiter le diamètre intérieur du ressort dans sa conception (par exemple, si le ressort doit être mené sur une goupille), cochez la case de contrôle au début de la rangée et écrire la valeur minimale permise du diamètre intérieur du ressort dans le champ d'entrée.

3.10 Division permise du nombre de spires actives.

Les spires actives du ressort sont celles dont le pas change pendant la déformation de fonctionnement du ressort. Avec une division plus fine, le calcul parcourt un plus grand nombre de différentes conceptions du ressort et peut donner une solution plus précise et de qualité supérieure. D'autre part, ceci ralentit la conception du ressort.

Note: Pour des raisons de production, le ressort est souvent conçu avec le nombre de spires arrondis à un nombre entier, ou au multiple de 0.25 en cas de besoin d'une division plus fine.

3.11 Dépassement permis des dimensions limites du ressort.

Pendant la conception du ressort, il n'est pas possible de procéder sans certaines limitations dimensionnelles. Quelques dimensions ou rapports de différentes dimensions du ressort sont limités par les valeurs recommandées indiquées dans les normes respectives et par les différents producteurs. Il en découle un fichier des conditions marginales, qui doivent être prises en considération pendant la conception du ressort. Le respect strict de ces conditions peut causer l'élimination de certaines solutions convenables de la conception résultante, qui dépassent légèrement certaines des limites indiquées, mais qui peuvent être acceptables. Pour cette raison, il est possible de déterminer dans cette rangée un filtre de la conception, qui spécifie en pourcentage le dépassement admissible des dimensions limites du ressort. Ceci vous donne plus de solutions convenables, cependant, il sera nécessaire de contrôler la solution choisie dans le chapitre des résultats et d'évaluer l'acceptabilité du possible dépassement des dimensions limites des ressorts. Le dépassement des dimensions limites est indiqué dans le chapitre des résultats par le changement de la couleur de la valeur du paramètre en rouge.

Note: Toutes les conditions de limite des dimensions utilisées dans le calcul sont données dans le chapitre [3.0] dans la feuille " réglage ", où les conditions peuvent être déterminées par l'utilisateur selon ses besoins. Le bouton à côté de la cellule d'entrée peut être utilisé pour le passage rapide au chapitre respectif.

3.12 Effectuer le contrôle du bouclage du ressort.

Cette rangée détermine s'il est nécessaire d'effectuer le contrôle du bouclage du ressort pendant la conception. Si le contrôle est activé, la conception résultante élimine toutes les solutions qui ne remplissent pas la condition de la stabilité de la configuration du ressort. Le type de montage du ressort joue un rôle très important dans une éventuelle déviation (voir la rangée [1.6]).

Pour les ressort avec un montage guidé, le contrôle n'est pas nécessaire. Si le contrôle n'est pas effectué pendant la conception, les calculs sont plus rapides et plus de solutions appropriées sont obtenues. Ce qui signifie, que l'utilisateur devra visuellement effectuer le contrôle lui-même, en comparant les données dans la rangée [4.44]. Si la conception du ressort est peu convenable, il est nécessaire de choisir une autres solution ou de changer le type de montage du ressort. Un ressort qui ne peut pas être suffisamment bouclé est souvent monté à l'aide d'une goupille ou d'une douille.

Avertissement: Le contrôle du bouclage ralentit sensiblement le calcul de la conception. Par conséquent, il est recommandé de ne pas effectuer ce contrôle (en particulier avec les ordinateurs moins puissants) pour les calculs avec un grand nombre d'itérations (voir la rangée [3.16]).

3.13 Effectuer le contrôle de la longueur fonctionnelle limite.

Si ce contrôle est activé, la conception résultante élimine toutes les solutions dans lesquelles la longueur du ressort entièrement contraint est plus court que la longueur limite minimale expérimentale. Si ce contrôle est désactivé, il est recommandé d'effectuer un contrôle visuel de la solution conçue par la comparaison des rangées [4.24] et [4.30].

Conseil: Pour plus de détails sur ce contrôle, voir la rangée [4.30].

3.14 Maintenir le niveau de sûreté désiré dans le contrôle de la résistance.

Si ce filtre des solutions est réglé à « oui », la conception résultante élimine toutes les solutions avec les niveaux de sûreté calculés ss inférieur au niveau de sûreté désiré donné dans la rangée [1.13]. Pour les ressorts sous l'action d'une charge dynamique, le filtre élimine également les solutions avec les niveaux de sûreté calculés sf inférieur au niveau de sûreté désiré donné dans la rangée [1.18]. Si le filtre est désactivé, la conception résultante inclut toutes les solutions avec le niveau de sûreté calculé supérieur ou égal à 1. Étant donné que les niveaux de sûreté désirés sont souvent des valeurs issues des évaluations plus ou moins précises et reflètent très rarement la valeur exacte, dont le dépassement pourrait endommager le ressort, les utilisateurs expérimentés peuvent désactiver ce filtre pendant la conception et évaluer le niveau de sûreté du ressort conçu directement dans le tableau de la conception ou dans le chapitre des résultats dans la rangée [4.42] ou [4.49].

Conseil: Si le filtre est désactivé, il est souvent préférable de fixer le niveau de qualité dans la rangée [3.15] à la valeur « déviation du niveau de sûreté désiré ».

3.15 Critère de qualité.

Cette rangée détermine les critères de l'évaluation de la qualité de différentes solutions convenables de la conception du ressort. Les meilleures solutions sont alors offertes à l'utilisateur dans le tableau. Le niveau de qualité peut être choisi sur la liste selon la formule suivante:

  1. Déviation des dimensions désirées: L'usage de ce critère donne les solutions dans lesquelles les paramètres du cycle de fonctionnement sont les plus proches des paramètres initiaux désirés entrés dans le paragraphe [3.1]. Il est recommandé d'utiliser ce critère si vous désirez maintenir les paramètres désirés du cycle de fonctionnement aussi strictement que possible.
  2. Poids minimum du ressort: Ce critère choisit les solutions avec le poids du ressort le plus bas.
  3. Déviation du niveau de sûreté désiré: L'usage de ce critère donne les solutions dans lesquelles le niveau de sûreté calculé est le plus proche possible du niveau de sûreté désiré donné dans la rangée [1.13] pour les ressorts exposés ou dans la rangée [1.18] pour les ressorts exposés au chargement dynamique. Utilisez ce critère en particulier si vous désirez trouver la solution la plus optimale du point de vue du contrôle de la résistance du ressort.
  4. Combiné: Combinaison de toutes les critères de qualité précédentes.
Conseil: Dans certains cas, il est mieux d'effectuer la conception progressivement pour toutes les critères et comparer les résultats.

3.16 Nombre d'itérations de la conception.

Le calcul de la conception du ressort travaille sur le principe d'itération. Dans cette rangée, vous pouvez déterminer le nombre d'itérations dans le calcul et influencer ainsi la vitesse, la précision et la qualité de la conception. Généralement, un plus grand nombre d'itérations a comme effets un calcul plus lent et une solution plus précise. Cependant, il est recommandé de tenir compte également d'autres aspects pendant le réglage de cette rangée.

La vitesse de la conception est affectée plus par la puissance de l'ordinateur et le type de conception que par le nombre d'itérations choisi. Tout comme un nombre d'itérations élevé ne donne pas nécessairement des solutions plus précises pour certains types conceptions. D'une manière générale, il est d'habitude suffisant de choisir un nombre d'itérations inférieur ou moyen pour les conceptions courantes. L'usage d'un nombre d'itérations élevé est plus important pour les conceptions très ouvertes, où la majorité des paramètres du cycle de fonctionnement dans le paragraphe [3.1] sont entrés avec une considérable déviation permise, et le diamètre désiré du ressort n'est pas limité par les filtres dans les rangées [3.8, 3.9].

Avertissement: La vitesse des calculs de la conception est sensiblement inférieure si le contrôle du bouclage est activé (rangée [3.12]). Par conséquent, pour un calcul de la conception avec un nombre d'itérations élevé (en particulier avec des ordinateurs moins puissants), il est recommandé d'omettre ce contrôle dans la conception du ressort.

3.17 Choix de la solution.

Cette partie vous permet de lancer votre propre conception et de choisir en suite un ressort approprié dans le tableau des solutions. Vue la complexité de la conception de ressort, il n'est pas toujours possible d'effectuer le calcul de la conception automatiquement, par le changement d'un des paramètres initiaux, comme c'est le cas dans les autres calculs sur la feuille. Le calcul se lance en un coup en appuyant sur le bouton dans la rangée [3.19]. L'information sur le cours du calcul vous est présentée dans le dialogue. À la fin du calcul, un tableau des solutions conçues est rempli et après triage, les valeurs de la meilleure solution (choisie) sont automatiquement transférées au chapitre des résultats. Les solutions dans le tableau sont triées selon les critères déterminés dans la rangée [3.18]. Le tableau des solutions conçues peut être de nouveau trié par le changement des critères de triage. Si le calcul ne trouve aucune solution appropriée pour les paramètres donnes, un message d'avertissement vous tient au courant et le tableau des solutions reste dans son état initial. Le texte suivant donne quelques problèmes particuliers qui peuvent survenir, et leurs possibles solutions:

3.20 Tableau des solutions conçues

Signification des paramètres dans le tableau:

D Diamètre moyen du ressort
De Diamètre extérieur du ressort
Di Diamètre intérieur du ressort
d Diamètre du fil
n Nombre de spires actives
L0 Longueur libre du ressort
L1 Longueur du ressort précontraint
L8  La longueur du ressort entièrement contraint
F1 Chargement fonctionnel min.
F8 Chargement fonctionnel max.
t8 Contrainte du ressort entièrement chargé
ss Niveau de sûreté d'un ressort exposé à une charge statique
sf Niveau de sûreté d'un ressort exposé à une charge dynamique
m Poids du ressort
qualité Valeur comparative indiquant la qualité de la solution en rapport avec la norme qualitative choisie [3.15]. Plus la valeur donnée est petite, plus la qualité de la conception est meilleure.

 

Liste brève des paramètres du ressort conçu. [4]

Tous les paramètres nécessaires décrivant le ressort conçu sont montrés dans ce paragraphe pour le chargement et les dimensions donnés du ressort. Les données initiales sont transférées dans le calcul à partir du tableau des solutions [3.20] de la conception du ressort choisie ou à partir de certains des calculs supplémentaires [7.8.9]. Pour une évaluation et un contrôle plus faciles des valeurs de différents paramètres du ressort, leurs valeurs limites recommandées de quelques données sont disponibles (dans les domaines verts sur la liste). Le dépassement des valeurs recommandées est indiqué par un changement de la couleur du paramètre en rouge. Les valeurs critiques qui pourraient endommager le ressort sont indiquées par un changement de la couleur du champ entier en rouge.

Les paramètres du ressort sont divisés dans le registre en paragraphes selon l'état du ressort; les résultats des contrôles de la résistance du ressort exécutés sont donnés à la fin du chapitre. Les significations de différents paramètres dimensionnels du ressort peuvent être vues dans l'illustration.

En cas de besoin d'accorder certains paramètres du ressort conçu (par exemple arrondissage des dimensions conçues), utilisez les calculs supplémentaires [7.8.9]

4.1 Régénérer les résultats de la conception de ressort choisie.

Le fait d'appuyer sur le bouton dans cette rangée régénère les valeurs sur la liste des paramètres du ressort avec les données de la conception du ressort choisi dans le tableau des solutions [3.20].

4.10 Rapport de bobinage.

Ce paramètre donne le rapport D/d entre le diamètre moyen du ressort et le diamètre du fil utilisé.

4.29 Somme d'espacements minimaux permis entre les spires actives.

Valeur limite théoriquement déterminée, caractérisant la déformation maximale permise (compression) d'un ressort de compression. Elle sert à déterminer la longueur expérimentale minimale permise du ressort [4.30].

4.30 Longueur limite minimale expérimentale du ressort.

Si le ressort est comprimé à une longueur plus courte que la longueur limite, la rigidité réelle du ressort augmente de manière significative au-dessus de la rigidité théoriquement déterminée, valide dans la zone de la compression de cette longueur. En même temps, il y a baisse de la vitesse critique (voir [4.34]) ce qui augmente également le risque de collision des spires pendant le fonctionnement. Pour ce, un ressort de compression ne devrait pas être comprimé à une plus petite longueur (même pendant l'essai ou le montage). Il en découle que dans la conception, la longueur d'un ressort entièrement contraint [4.22] doit être supérieure à cette longueur limite.

4.34 Vitesse critique du ressort.

Avec les ressorts de compression où la vitesse maximale du déplacement de l'extrémité mobile pendant la compression ou la levée est supérieure à la vitesse critique de compression, il y a collision des spires due à l'inertie. Ceci cause la hausse de la contrainte réelle dans la spire du ressort par la contrainte de contact. Ce fait a souvent un impact négatif sur la durée de vie du ressort et il est nécessaire d'en tenir compte dans la conception des ressorts de compression.

4.35 Fréquence caractéristique du ressort.

Les effets de résonance se produisent dans des ressorts de compression exposés au chargement dynamique. Pour éliminer ces effets, il est nécessaire de contraindre le ressort à une fréquence d'excitation différente de la fréquence caractéristique du ressort (approx. de 15%).

4.38 Contrôle de la résistance du ressort.

Le contrôle de la résistance d'un ressort de compression s'effectue par la comparaison de la contrainte de torsion limite permise du matériel choisi [4.41] avec la contrainte corrigée d'un ressort entièrement contraint [4.40]. Pour que le ressort conçu remplisse amplement les critères de la résistance, le niveau de sûreté résultant [4.42] doit être supérieur ou égal au niveau de sûreté requis [1.13].

4.39 Coefficient de correction de la contrainte de torsion.

La contrainte dans la spire du ressort est calculée pour la torsion simple et sa valeur est théorique. En fait, la contrainte dans la spire est supérieure parce que l'arrondissement de la spire cause une contrainte de flexion additionnelle. Par conséquent, la contrainte est corrigée à l'aide de ce coefficient (voir la rangée [1.14]) pour des raisons de contrôle de la résistance.

4.43 Contrôle du bouclage.

Il est toujours nécessaire de contrôler le bouclage du ressort de compression contre la déviation latérale. Le contrôle s'effectue par la comparaison de la déformation maximale de fonctionnement du ressort (exprimé en pourcentage de la longueur libre du ressort) avec la déformation permise. La valeur de la déformation permise est déterminée empiriquement pour le rapport de finesse donné du ressort L0/D et du type de montage du ressort. Généralement, le risque d'une possible déviation latérale accroît avec la croissance de la valeur du rapport de finesse et de la valeur de la compression opérationnelle du ressort. Le type de montage du ressort joue un rôle très important dans une éventuelle déviation (voir la rangée [1.6]).

Un ressort qui ne peut pas être suffisamment bouclé est souvent monté à l'aide d'une goupille ou d'une douille. S'il y a risque d'endommagement du ressort dû au frottement, le ressort peut être divisé en plusieurs ressorts plus courts disposés en série.

Courbes de la déformation permise selon le type de montage du ressort

4.45 Contrôle de la résistance d'un ressort exposé au chargement dynamique.

Le contrôle de la résistance d'un ressort exposé au chargement dynamique s'effectue par la comparaison de la résistance maximale à la fatigue du matériel déterminée pour le cours de chargement donné [4.48] avec la contrainte corrigée du ressort dans un état entièrement chargé [4.47]. Pour que le ressort conçu remplisse amplement les critères de la résistance, le niveau de sûreté résultant [4.49] doit être supérieur ou égal au niveau de sûreté requis [1.18]. Évidemment, même un ressort exposé au chargement dynamique doit remplir les critères du contrôle de la résistance « statique » [4.38].

Note: L'information sur le contrôle de résistance d'un ressort exposé au chargement dynamique est plus détaillée dans le chapitre [6].

4.46 Coefficient de correction de la contrainte de torsion.

La contrainte dans la spire du ressort est calculée pour la torsion simple et sa valeur est théorique. En fait, la contrainte dans la spire est supérieure parce que l'arrondissement de la spire cause une contrainte de flexion additionnelle. Par conséquent, la contrainte est corrigée à l'aide de ce coefficient (voir la rangée [1.19]) pour des raisons de contrôle de la résistance.

4.48 Résistance maximale du ressort à la fatigue.

La détermination de la résistance limite maximale du ressort à la fatigue est basée sur la limite de la fatigue du matériel choisi et du cours de chargement donné du ressort en utilisant le diagramme de la fatigue de Smith.

Paramètres du ressort conçu pour une charge spécifique ou une longueur. [5]

Ce paragraphe sert au calcul des paramètres d'un ressort (conçu dans le paragraphe [4]) qui est dans des conditions de fonctionnement spécifiques. Le paragraphe [5.1] est conçu pour le calcul de la longueur Lx du ressort, comprimé par une force donnée Fx. Le paragraphe [5.6] permet aux utilisateurs de calculer la force qui est nécessaire pour comprimer le ressort à une longueur donnée Lx.

Contrôle de la capacité de charge d'un ressort exposé au chargement dynamique. [6]

Ce paragraphe donne les paramètres du contrôle de la résistance d'un ressort exposé au chargement dynamique. Le contrôle de résistance s'effectue par la comparaison de la résistance maximale à la fatigue du matériel utilisé déterminé pour le cours donné du chargement [6.8] avec a tension corrigée du ressort pleinement chargé [6.3]. Pour que le ressort conçu puisse absolument satisfaire aux contrôles de la résistance, le niveau de sûreté résultant [6.9] doit être supérieur ou égal au niveau de sûreté désiré [1.18].

6.1 Coefficient de correction de la contrainte de torsion.

La contrainte dans la spire du ressort est calculée pour la torsion simple et sa valeur est théorique. En fait, la contrainte dans la spire est supérieure parce que l'arrondissement de la spire cause une contrainte de flexion additionnelle. Par conséquent, la contrainte est corrigée à l'aide de ce coefficient (voir la rangée [1.19]) pour des raisons de contrôle de la résistance.

6.6 Résistance limite au cisaillement.

Tension maximale autorisée du matériau du ressort en torsion sous une charge occasionnelle et pour une durée de vie illimitée.

6.8 Résistance maximale du ressort à la fatigue.

La détermination de la résistance limite maximale du ressort à la fatigue est basée sur la limite de la fatigue du matériel choisi et du cours de chargement donné du ressort en utilisant le diagramme de la fatigue de Goodman.

Calcul de contrôle du ressort. [7]

Le premier des calculs supplémentaires peut être trouvé dans ce paragraphe. Ce calcul comprend trois fonctions.

  1. Calcul des paramètres d'un ressort des dimensions connues. Après l'entrée des paramètres connus du cycle de fonctionnement dans la section [7.2] et des dimensions du ressort dans les rangées [7.7, 7.9, 7.17, 7.20], les autres paramètres du ressort seront calculés et le contrôle de la résistance sera effectué automatiquement. Les données du ressort calculé peuvent être transférées à l'aide du bouton dans la rangée [7.27] au chapitre des résultats [4], où encore d'autres paramètres du ressort seront calculés et un contrôle éventuel de la résistance du ressort au chargement dynamique est effectué. Toutes les cases de contrôle dans les rangées [7.9, 7.17, 7.20] doivent être désactivées pour cette fonction de calcul.
  2. Correction et accord des paramètres du ressort conçu dans ce calcul.
    De même que les deux autres calculs supplémentaires, il est possible d'utiliser ce calcul pour un léger accord des paramètres du ressort (par exemple arrondissage des dimensions du ressort), conçus dans le calcul du chapitre [3]. Les données sur le ressort conçu peuvent être transférées au calcul à l'aide du bouton dans la rangée [7.1]. Au cours de la correction, vous êtes informés sur un éventuel dépassement des valeurs recommandées de certains des paramètres du ressort par le changement de la couleur de ce paramètre en rouge. Les données corrigées peuvent être de nouveau transférées au chapitre des résultats [4] à l'aide du bouton dans la rangée [7.27]. Il est recommandé d'effectuer un contrôle visuel dans le chapitre des résultats pour vérifier si le ressort corrigé satisfait à tous les contrôles nécessaires. Toutes les cases de contrôle dans les rangées [7.9, 7.17, 7.20] doivent être désactivées au cours du calcul.
  3. Conception manuelle du ressort.
    Ce calcul permet aux utilisateurs plus expérimentés d'effectuer la conception d'un ressort pour les paramètres donnés du cycle de fonctionnement. En concevant le ressort, il est recommandé de procéder comme suit: diamètre du ressort, diamètre du fil, nombre d'enroulements, la longueur du ressort [7.7, 7.9, 7.17, 7.20]. Après l'entrée d'un paramètre, les valeurs recommandées des paramètres suivants sont calculées automatiquement. Dans la conception d'un ressort, il vaut mieux activer les cases de contrôle de ces paramètres. Le programme détermine alors automatiquement les paramètres donnés sur base du changement du paramètre placé plus haut. Pour faciliter la conception, les cases d'entrée du diamètre du ressort et du nombre d'enroulements sont remplies par les bandes roulantes, qui accélèrent l'entrée et le changement des valeurs de ces paramètres. Pendant la conception, vous êtes informés sur l'éventuel dépassement des valeurs recommandées de certains des paramètres du ressort par le changement de couleur de ce paramètre en rouge. Les données du ressort conçu peuvent être transférées à l'aide du bouton dans la rangée [7.27] au chapitre des résultats [4], où quelques autres paramètres du ressort sont calculés et le contrôle de la résistance du ressort au chargement dynamique sera effectué.

Calcul des forces actives du ressort. [8]

Le calcul situé dans ce paragraphe comprend deux fonctions.

  1. Calcul des forces actives d'un ressort des dimensions connues.
    Après l'entrée des paramètres du cycle de fonctionnement dans la section [8.2] et des dimensions du ressort dans les rangées [8.7, 8.8, 8.11, 8.12], les forces requises pour comprimer le ressort à la longueur désirée et le contrôle de la résistance seront effectués automatiquement. Les données du ressort conçu peuvent être transférées à l'aide du bouton dans la rangée [8.22] au chapitre des résultats [4], où encore d'autres paramètres du ressort sont calculés et un éventuel contrôle de la résistance du ressort au chargement dynamique est effectué.
  2. Correction et accord des paramètres d'un ressort conçu dans ce calcul.
    De même que les deux autres calculs supplémentaires, il est possible d'utiliser ce calcul pour un léger accord des paramètres du ressort (par exemple arrondissage des dimensions du ressort) conçu dans le calcul du chapitre [3]. Les données du ressort conçu peuvent être transférées au calcul à l'aide du bouton dans la rangée [8.1]. Au cours de la correction, vous êtes informés sur l'éventuel dépassement des valeurs recommandées de certains des paramètres du ressort par le changement de la couleur de ce paramètre en rouge. Les données du ressort conçu peuvent être transférées au chapitre des résultats [4] à l'aide du bouton dans la rangée [8.22].

Calcul de la longueur fonctionnelle du ressort. [9]

Le calcul situé dans ce paragraphe comprend deux fonctions.

  1. Calcul des forces actives d'un ressort des dimensions connues pour un chargement donné.
    Après l'entrée des paramètres du cycle de fonctionnement dans la section [9.2] et des dimensions du ressort dans les rangées [9.6, 9.7, 9.10, 9.11], les forces requises pour comprimer le ressort à la longueur désirée et le contrôle de la résistance seront effectués automatiquement. Les données du ressort conçu peuvent être transférées à l'aide du bouton dans la rangée [9.22] au chapitre des résultats [4], où encore d'autres paramètres du ressort sont calculés et un éventuel contrôle de la résistance du ressort au chargement dynamique est effectué.
  2. Correction et accord des paramètres d'un ressort conçu dans ce calcul.
    De même que les deux autres calculs supplémentaires, il est possible d'utiliser ce calcul pour un léger accord des paramètres du ressort (par exemple arrondissage des dimensions du ressort) conçu dans le calcul du chapitre [3]. Les données du ressort conçu peuvent être transférées au calcul à l'aide du bouton dans la rangée [9.1]. Au cours de la correction, vous êtes informés sur l'éventuel dépassement des valeurs recommandées de certains des paramètres du ressort par le changement de la couleur de ce paramètre en rouge. Les données du ressort conçu peuvent être transférées au chapitre des résultats [4] à l'aide du bouton dans la rangée [9.22].

Résultat graphique, Systèmes de DAO.

Les informations sur les options des résultats graphiques 2D et 3D et les informations sur la compatibilité entre les systèmes de DAO 2D et 3D peuvent être trouvées dans le document "Résultat graphique, systèmes de DAO".

Réglage des calculs, changement de langue.

L'information sur le réglage des paramètres de calcul et le choix de la langue peut être trouvée dans le document "Réglage des calculs, changement de langue".

Suppléments - Ce calcul:

3.0 Dimensions limites du ressort.

Pendant la conception du ressort, il n'est pas possible de procéder sans certaines limitations dimensionnelles. Quelques dimensions ou rapports de différentes dimensions du ressort sont limités par les valeurs recommandées indiquées dans les normes respectives (ex: DIN 2095, DIN 2096) et par les différents producteurs. Il en découle un fichier des conditions de limite, qui doivent être prises en considération pendant la conception du ressort.

Par conséquent, différentes dimensions limites recommandées du ressort peuvent être utilisées, ce qui peut être modifié dans ce paragraphe selon les exigences de l'utilisateur. Les valeurs minimales de différents paramètres peuvent être entrées dans la première colonne et les valeurs maximales dans la deuxième colonne. Pour la détermination de plus de conditions de limite (en diminuant les valeurs minimales ou en augmentant les valeurs maximales), le programme choisit une solution appropriée à partir d'une gamme de solutions convenables. Ceci augmente la chance de trouver une solution d'une meilleure qualité. D'autre part, il y a le risque, que le fournisseur choisi ne puisse pas produire le ressort conçu.

S'il n'y a aucune condition spéciale pour les dimensions de limite du ressort, le réglage prédéfini peut être utilisé. Appuyez sur le bouton dans la rangée [3.8] pour déterminer dans les domaines d'entrée les valeurs implicites, correspondant au fichier des conditions de limite pour les ressorts généralement produits.

3.1 Rapport d'enroulement.

Ceci donne le rapport D/d entre le diamètre moyen du ressort et le diamètre du fil utilisé. Selon DIN:

4 à 20 - ressorts formés à froid (DIN 2095)

3 à 12 - ressorts formés à chaud (DIN 2096)

3.2 Diamètre extérieur maximal des ressorts.

ressorts formés à froid - selon DIN 2095, maximum 240 mm. Il y a des ressorts généralement produits avec des diamètres encore plus grands.

ressorts formés à chaud - selon DIN 2096, maximum 460 mm.

3.3 Rapport entre la longueur libre et le diamètre du ressort.

Il n'est pas prescrit par la norme. D'habitude de 1 à 10 pour les ressorts généralement produits. L'augmentation du rapport cause une tendance à une plus grande déviation de flambage du ressort.

3.4 Longueur libre maximale du ressort.

ressorts formés à froid - selon DIN 2095, maximum 630 mm.

ressorts formés à chaud - selon DIN 2096, maximum 800 mm.

Des ressorts de longueurs encore plus grandes sont généralement produits.

3.5, 3.6 Dimensions limites du pas d'un ressort libre.

Non prescrit par les normes, d'habitude pour les ressorts généralement produits:

0.3*D < t < 0.6*D - pour des diamètres de fil jusqu'à 10mm

1.5*d < t < 0.55*D - pour les fils plus épais

Un pas trop petit du ressort d'habitude empêche l'écrouissage parfait du ressort.

3.7 Nombre minimum d'enroulements actifs.

Deux enroulements actifs au minimum sont prescrits pour les ressorts formés à froid selon DIN 2095.

Trois enroulements actifs au minimum sont prescrits pour les ressorts formés chauds selon DIN 2096.

Note: Dans le calcul, tout dépassement des dimensions limites est indiqué dans le chapitre des résultats par un changement de la couleur du paramètre en rouge.

Modifications du cahier de travail (calcul).

Les informations générales sur la façon dont vous pouvez modifier et prolonger les cahiers de travail du calcul sont mentionnées dans le document "Modifications du cahier de travail (calcul)".

Suppléments - Ce calcul:

Dans le calcul des ressorts, il n'est pas possible d'affecter le calcul de conception du ressort à l'aide des modifications dans le cahier de travail. En rapport avec la complexité de la conception d'un ressort, ce calcul s'applique comme fonction interne du cahier de travail.