Analyse des ruptures de fatigue et prévention des ressorts ondulés

I.Introduction 

Bien que l'industrie des ressorts soit une petite industrie dans l'ensemble de l'industrie de fabrication de machines, son rôle ne peut être sous-estimé. Avec le degré croissant d'ouverture

Avec l'approfondissement continu de l'automatisation industrielle, les équipements industriels importés tels que la fabrication de machines, l'automobile, la pétrochimie et l'énergie ont été largement utilisés en Chine. En conséquence, nous avons également découvert de nouveaux types de composants offrant des performances supérieures, et les ressorts ondulés multicouches sont un type d’élément élastique relativement nouveau.

Un ressort ondulé monocouche courant est un élément élastique comportant plusieurs sommets et vallées sur un anneau métallique. Un ressort ondulé multicouche semble être composé de plusieurs ressorts ondulés monocouches courants, mais la différence est qu'il n'est pas simplement empilé, mais est traité par un processus spécial d'enroulement continu.

II. Classification et principe de fonctionnement

Le ressort ondulé est généralement divisé en : un ressort ondulé monocouche,

Ressort à forme d'onde monocouche de type fermé en forme de « O », ressort à forme d'onde monocouche de type ouvert en forme de « C » ; b. Resort de forme d'onde multicouche crête à crête (série) ; c. Type de pic empilé multicouche, également connu sous le nom de type imbriqué (parallèle) ; Ressort à forme d'onde monocouche : adapté aux conditions de travail à déplacement court et à élasticité moyenne-basse, avec une bonne fiabilité et un principe de fonctionnement élevé : le ressort à forme d'onde à la précision du double principe de fonctionnement du ressort cylindrique et du ressort à disque. Type crête à crête de ressort à forme d'onde multicouche (série) : la valeur d'élasticité est inversement proportionnelle au nombre de tours, qui est principalement utilisée dans les grands déplacements, les exigences d'élasticité moyennes-faibles, et remplace le ressort cylindrique. Type imbriqué (parallèle) : la valeur de force du ressort est proportionnelle au nombre de tours, ce qui permet de conserver toutes les caractéristiques précision du ressort de forme d'onde tout en générant une énorme élasticité. Dans de nombreux cas, le ressort à forme d'onde emboîté (parallèle) peut être utilisé à la place du ressort à disque.

L'influence du matériau et de la température sur la rupture par fatigue est la même pour le même matériau : les matériaux à structure à grains fins ont une limite d'élasticité et une résilience à la fatigue plus élevées que les matériaux à structure à grains grossiers ; le traitement de renforcement de surface a une durée de vie à la fatigue beaucoup plus élevée que le traitement sans renforcement ; plus la rugosité de surface du matériau est faible, plus la concentration de contraintes est faible et plus la résistance à la fatigue est élevée ; les matériaux présentant des défauts métallurgiques réduiront également considérablement la durée de vie en fatigue, entraînant une rupture prématurée du ressort par fatigue. Le ressort ondulé produit avec de l'acier à ressort ordinaire présente une bonne élasticité, une bonne conductivité électrique et une bonne résistance à l'usure. À température normale (température 200), la rupture par fatigue du ressort se situe dans la plage normale. Cependant, à mesure que la température augmente, l’élasticité du ressort diminuea progressivement et le phénomène de rupture augmentera considérablement.

Le ressort ondulé traité en acier inoxydable a une durée de vie élevée en fatigue et une bonne résistance à la relaxation, tandis que l'acier inoxydable présente également une résistance élevée à la corrosion, des caractéristiques non magnétiques et autres. Généralement, l'acier inoxydable échouera lorsque la température est supérieure à 400 °C, mais l'acier inoxydable spécial présente une résistance élevée à la corrosion, des caractéristiques non magnétiques et autres, et même lorsque la température de travail atteint 650 °C, il présente toujours une résistance élevée à la relaxation et à la fatigue, ce qui en fait un matériau irremplaçable dans des environnements de travail spéciaux.

Quatrièmement, prévention de la rupture par fatigue du ressort ondulé

Voici les formules de calcul de charge et de contrainte pour les ressorts ondulés. Nous pouvons utiliser ces formules pour concevoir la contrainte des ressorts ondulés à utiliser dans un état de faible contrainte, ce qui rend moins probable la rupture par fatigue des ressorts ondulés.

(1) Formule de calcul pour ressort ondulé monocouche : f=PKDm/Ebt3N4*ID/OD

S = 3IIPDm/4bt2N2 ;

(2) La formule de calcul pour les séries multicouches ou les ressorts de forme d'onde crête à crête : f=PKDm3Z/Ebt3N4*ID/OD ;

S=3IIPDm/4bt2N2

(3) Le type de pic multicouche, également connu sous le nom de formule de calcul de ressort de forme d'onde de type imbriqué ou parallèle ; F = PKDm3/Ebt3N4Z*IDOD ;

S = 3IIPDm/4bt2N2Z ;

Où : f=déplacement ; P = charge ; K=coefficient multi-tours ; Dm = diamètre moyen ; Z=nombre de tours ; E = module d'élasticité ; b=largeur du matériau ;

t=épaisseur du matériau ; N = numéro d'onde ; ID = diamètre intérieur ; OD = diamètre extérieur ; S = contrainte de flexion ; Grâce à des tests de fatigue sur des ressorts ondulés, nous avons constaté que la durée de vie des ressorts ondulés est bien supérieure à 500 000 fois, dépassant normalement 1 million de fois. Le diamètre externe D=137 mm, le diamètre interne d=125 mm, l'épaisseur t=0,8 mm, la hauteur maximale H=6 mm et le déplacement de travail 3,5 mm, la valeur de force de travail F=1225N. Cette spécification de ressort ondulé est utilisée par une entreprise pétrochimique depuis plus de trois ans, et la durée de vie du ressort a atteint 1,8 million de fois, et certaines ont même une durée de vie plus élevée.

Par conséquent, lors de la conception d'un ressort ondulé, nous devons choisir une hauteur de pointe et une épaisseur de matériau raisonnables en fonction de la charge et du déplacement, contrôler efficacement la contrainte du ressort ondulé et utiliser des nombres d'ondes réglables pour contrôler plus efficacement la rupture par fatigue du ressort ondulé.