Ressorts
RAIDEUR · CISAILLEMENT · FLÈCHERessort de compression
Raideur, contrainte corrigée de Wahl et résistance du fil selon sa classe.
Disponible RESSORTSRessort de traction
Raideur, contrainte corrigée de Wahl, tension initiale et résistance.
Disponible RESSORTSRessort de torsion
Raideur angulaire, contrainte de flexion corrigée, résistance — ressort hélicoïdal.
DisponibleTrois ressorts, une seule physique
Compression, traction, torsion : les trois sont des hélices de fil rond, et dans les deux premiers cas le fil travaille en torsion, pas en traction ni en compression. C'est contre-intuitif mais c'est la clé : quand vous écrasez un ressort de compression, chaque tronçon de fil se tord sur lui-même. Seul le ressort de torsion fait travailler son fil en flexion.
Le diamètre du fil gouverne tout
La raideur varie comme d⁴ et comme 1/D³ : passer d'un fil de 2 à 2,2 mm — 10 % de plus — raidit le ressort de 46 %. À l'inverse, la contrainte varie comme 1/d³. Ces exposants expliquent pourquoi un ressort se règle par le nombre de spires actives, paramètre linéaire et bien plus docile.
Hypothèses et limites
Fil rond, hélice à faible pas, matériau élastique linéaire, spires jointives non contraintes, régime statique. Non couverts : le flambement d'un ressort de compression trop élancé (au-delà d'une longueur libre d'environ 4 fois le diamètre moyen, il part de côté), la fatigue — qui dimensionne la plupart des ressorts réels et exige un diagramme de Goodman —, le tassement (perte de longueur libre sous charge prolongée), la relaxation à chaud, et les effets dynamiques (résonance de spires). Aide au prédimensionnement : résultats indicatifs, à valider par un professionnel.
Guide — Ressorts
Le fil travaille en torsion
Sur un ressort de compression ou de traction, l'effort axial F, décalé de D/2 par rapport à l'axe du fil, crée un couple de torsion sur ce fil. D'où la raideur k = G·d⁴/(8·D³·n) — le module de cisaillement G y figure, pas le module d'Young E. C'est la signature de la torsion.
Le facteur de correction de Wahl
La contrainte réelle est plus élevée que la torsion simple, parce que la courbure de l'hélice concentre le cisaillement du côté intérieur de la spire. Le facteur de Wahl corrige cet effet, et il croît quand l'indice C = D/d diminue. Un ressort très serré (C faible, indice sous 4) est difficile à enrouler et fortement pénalisé : visez un indice entre 4 et 12.
Le ressort de traction et sa tension initiale
Contrairement au ressort de compression, un ressort de traction est enroulé spires jointives et serrées : il faut d'abord vaincre une tension initiale avant qu'il ne commence à s'allonger. Sa courbe force-déplacement ne passe donc pas par l'origine. Autre point faible : les boucles d'accrochage, qui travaillent en flexion et concentrent les contraintes — c'est presque toujours là qu'un ressort de traction casse.
Le ressort de torsion
Ici le fil travaille en flexion, et le module d'Young E revient. La raideur angulaire vaut k = E·d⁴/(10,8·D·n). Attention au sens d'enroulement : un ressort de torsion doit être sollicité dans le sens qui le referme, jamais dans celui qui l'ouvre — sinon il se déroule, le diamètre augmente, et il perd tout appui sur son axe.
Le flambement, angle mort du calcul
Un ressort de compression dont la longueur libre dépasse environ 4 fois le diamètre moyen flambe : il part de côté au lieu de s'écraser droit. Aucune formule de raideur ne le voit venir. La parade est un guidage — tige intérieure ou fourreau extérieur — ou un ressort plus trapu.