Essais sur les ressorts

Machine d’essai des ressorts

Les ressorts emmagasinent et libèrent de l’énergie mécanique, absorbent les chocs, contrôlent les forces et maintiennent les précharges dans une multitude de systèmes mécaniques et électromécaniques : des suspensions de véhicules aux dispositifs médicaux, en passant par les machines industrielles et les appareils électroménagers. Comme leur fonctionnement dépend de la répétabilité de leur comportement élastique, même de légères variations de géométrie ou de matériau peuvent altérer leur courbe force-déplacement et réduire leur durée de vie.

Les essais sur les ressorts sont nécessaires pour évaluer leurs performances qualitatives et garantir qu’ils répondent aux spécifications de conception avant leur mise en production ou leur mise en service. STEP Lab conçoit et fabrique des machines électriques destinées aux essais de caractérisation, de compression et de fatigue sur les ressorts hélicoïdaux, les ressorts à coupelle et d’autres types de ressorts utilisés dans les secteurs de l’automobile, du sport automobile, de l’industrie et de la recherche.

Caratterizzazione molle

ESSAIS SUR LES RESSORTS : QUELS ESSAIS SONT EFFECTUÉS ?

Misurazioni su molle
Caratterizzazione molle

En fonction de l’application et de la certification requise, les essais sur les ressorts peuvent inclure :

  • Caractérisation du ressort (courbe force-déplacement) L’essai fondamental pour tout ressort : il permet de mesurer la force en fonction du déplacement afin de déterminer la rigidité (constante élastique), la longueur libre, la longueur comprimée et la force à l’état comprimé.
  • Essai de compression Charge axiale appliquée sur des ressorts de compression (hélicoïdaux, à coupelle, ondulés) jusqu’à la longueur de travail ou jusqu’à la longueur d’empilement, en vérifiant que les valeurs de force respectent la tolérance spécifiée pour chaque longueur de référence.
  • Essai de traction Charge axiale appliquée sur des ressorts de traction afin de vérifier la courbe force-allongement et l’intégrité des crochets/œillets sous charge.
  • Essai de torsion Test effectué sur les ressorts de torsion afin de mesurer le couple en fonction du déplacement angulaire.
  • Essai de résistance / durabilité Charge cyclique sur des milliers ou des millions de cycles, afin de vérifier que le ressort conserve sa courbe caractéristique pendant toute sa durée de vie prévue, sans fissures, déformation permanente ni perte de force (relâchement).
  • Protocoles d’essai sur mesure De nombreux secteurs ont besoin de séquences d’essai combinant plusieurs des essais énumérés ci-dessus, ou reproduisant un cycle d’utilisation spécifique. STEP Lab conçoit des équipements sur mesure en fonction de l’application du client et de la norme applicable (ISO, ASTM, EN ou spécifications internes des équipementiers).

TYPES DE RESSORTS

Les ressorts sont classés en fonction de leur géométrie et de la manière dont ils emmagasinent ou libèrent de l’énergie. Les types les plus courants sont les suivants :

  • Ressorts hélicoïdaux de compression Ressorts à fil enroulé de manière cylindrique ou conique, soumis à une contrainte de compression. Il s’agit du type le plus répandu, et d’un élément central des suspensions automobiles.
  • Ressorts hélicoïdaux de traction Ressorts enroulés conçus pour résister à une force de traction, munis de crochets ou d’œillets aux extrémités pour l’ancrage de la charge.
  • Ressorts de torsion Ressorts qui emmagasinent de l’énergie par rotation autour de leur axe, plutôt que par compression ou extension linéaire ; utilisés dans les charnières, les leviers et les mécanismes d’équilibrage.
  • Rondelles Belleville / ressorts coniques Rondelles annulaires de forme conique qui se déforment axialement sous l’effet d’une charge. Ils offrent des forces élevées pour un encombrement axial très réduit et sont souvent empilés en série ou en parallèle pour moduler la force et la course.
  • Ressorts ondulés Fil plat profilé en forme d’onde, capable d’offrir la force d’un ressort hélicoïdal dans un espace axial bien plus réduit ; utilisés lorsque la hauteur d’installation est limitée.
  • Ressorts à gaz / pneumatiques Vérins étanches utilisant du gaz ou de l’air comprimé à la place d’un élément élastique mécanique, utilisés lorsqu’une courbe de force contrôlée, réglable ou amortie est nécessaire.

Chaque type se comporte différemment sous charge et nécessite donc un montage d’essai, un équipement et, dans certains cas, une norme de référence spécifiques.

Essais sur les ressorts hélicoïdaux

coil spring

Les ressorts hélicoïdaux, également appelés ressorts de compression hélicoïdaux, constituent la solution privilégiée dans la grande majorité des systèmes de suspension des véhicules. Leur conception compacte, la possibilité de les associer à un amortisseur au sein d’un seul ensemble de jambe de suspension, ainsi que leur rapport coût/performances avantageux en font le choix standard, qu’il s’agisse de voitures particulières, de véhicules de sport automobile ou de véhicules utilitaires légers.

Dans un système de suspension, le ressort hélicoïdal est soumis à une contrainte axiale de compression ; il agit de concert avec l’amortisseur pour absorber les chocs provenant de la route et maintenir le contact des pneus ainsi que le confort de conduite. Avec l’augmentation du poids des véhicules, les charges que le ressort de suspension doit supporter augmentent également, ce qui rend d’autant plus important un test précis et conforme aux normes, tant au stade du développement que lors du contrôle qualité en production.

Pourquoi l’application axiale de la charge est-elle si importante ?

En raison de sa géométrie hélicoïdale, la charge appliquée à un ressort hélicoïdal n’est presque jamais parfaitement centrée sur l’axe géométrique : les extrémités sont rarement soumises à une charge uniforme, ce qui génère des forces transversales et des moments de basculement en plus de la force axiale. S’ils ne sont pas correctement contrôlés et mesurés, ces effets peuvent entraîner une usure irrégulière, des frottements et une défaillance prématurée des composants adjacents (tiges, logements de ressort, amortisseurs).

C’est pourquoi une machine d’essai de ressorts hélicoïdaux fiable doit appliquer et mesurer la charge avec précision sur l’axe central, garantir un parallélisme élevé entre les plateaux de compression et assurer des résultats reproductibles, même sur des ressorts présentant des tolérances géométriques et dimensionnelles très serrées.

Essais sur ressorts hélicoïdaux et amortisseurs

Les ressorts hélicoïdaux étant très souvent associés à un amortisseur au sein d’un même ensemble de jambe de suspension, la caractérisation du ressort est souvent réalisée en même temps que les essais sur les amortisseurs. Les bancs d’essai ressort-amortisseur permettent aux constructeurs de valider l’ensemble de la jambe de suspension dans des conditions réalistes de charges verticales et latérales simultanées.

SYSTÈMES D’ESSAI DES RESSORTS

Nos machines d’essai de ressorts reposent sur deux technologies entièrement électriques, choisies en fonction du type d’essai requis :

  • La série EA pour les essais statiques, quasi-statiques et de fatigue à basse et moyenne fréquence
  • La série UD pour les essais dynamiques à haute fréquence.
  • Pour la caractérisation de l’ensemble ressort-amortisseur (jambes de suspension), nous proposons également des bancs d’essai issus de la série LUD.

Les principales caractéristiques communes à toutes nos machines sont les suivantes :

  • Application de la force sur l’axe central, pour une charge uniforme et précise, même sur des ressorts présentant des tolérances géométriques et dimensionnelles très serrées
  • Guides pour les charges latérales qui absorbent les forces transversales générées par la géométrie hélicoïdale, protégeant ainsi le capteur de force et la structure de la machine
  • Capteurs de force multiaxes (jusqu’à 6), permettant de mesurer simultanément la force axiale et les composantes latérales
  • Détection automatique de la rupture du ressort, avec arrêt immédiat du test et enregistrement des données jusqu’à la rupture
  • Correction en temps réel des déformations structurelles à l’aide du logiciel TestCenter
  • Systèmes de protection contre les chocs et les surcharges pour la sécurité de l’opérateur et du banc d’essai
  • Une conception sur mesure adaptée à vos besoins, avec une équipe d’experts toujours à votre disposition
  • Installation simple et coûts d’entretien quasi nuls

EA050 POUR LES ESSAIS SUR LES RESSORTS HÉLICOÏDAUX

Cette machine repose sur l’actionneur EA050, avec une charge dynamique pouvant atteindre 50 kN, une vitesse d’essai pouvant atteindre 1 400 mm/s et une fréquence maximale de 20 Hz. Un capteur de force à 6 axes, associé à des guides anti-charge latérale intégrés, mesure de manière exhaustive les forces et les moments (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz), en détectant également les composantes multiaxiales générées par la géométrie hélicoïdale du ressort. Le système effectue des essais de compression statique et dynamique, des essais de fatigue et des analyses multiaxiales des charges latérales, avec acquisition des données et génération automatique de rapports via le logiciel Test Center.

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