MANUEL DE CONCEPTION DES RESSORTS A LAMES

MANUEL DE CONCEPTION DES RESSORTS A LAMES

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ISEFC - Département science et tech. PFE COTREL.S.A. SOMMAIRE CHAPITRE I : ETUDE THEORIQUE DES RESSORTS………………… 6 1) Introduction………………………………………………………….………. 6 2) Différents types des ressorts et leurs rôles…………………………..………. 7 3) Les ressorts mécaniques à lames superposées……………………………….. 10 3.1) les types de ressorts à lames superposées………………………………….. 10 3.1.a) Ressorts à lames conventionnelles……………………………………….. 10 3.1.b) Ressorts à lames paraboliques ………………………………….……….. 10 3.2) rôles des ressorts à lames ………………………………………………….. 11 4) Elément de conception……………………………………………………….. 12 4.1) constituants d’un ressort à lames ………………………………………….. 12 4.2) détailles sur les oeils de la lame maîtresse ……………………….……….. 12 4.3) fixation du ressort au châssis …………………………………….………... 12 4.4) les organes constituants la suspension…………………………….……….. 13 5/Caractéristiques générales des ressorts……………………………………….. 13 5.1) lois de comportement ……………………………………………………… 13 5.1.a) cas des ressorts de traction ou de compression ………………………….. 13 5.1.b) cas des ressorts de torsion………………………………………………... 13 5.2) matériaux utilisées pour les ressorts à lames ……………………………... 14 5.3) compositions chimiques…………………………………………………… 15 5.4) rôles des éléments d’additions …………………………………………….. 16 CHAPITRE II : PRESENTATION DE LA SOCIETE……………………. 17 1/ Présentation de la société…………………………………………………….. 17 1.1) introduction ……………………………………………………………… 17 1.

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Publié le 28 juin 2012
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ISEFC - Département science et tech. PFE COTREL.S.A. SOMMAIRE CHAPITRE I : ETUDE THEORIQUE DES RESSORTS6 1) Introduction..6 2) Différents types des ressorts et leurs rôles...7 3) Les ressorts mécaniques à lames superposées..10 3.1) les types de ressorts à lames superposées..10 3.1.a) Ressorts à lames conventionnelles..10 3.1.b) Ressorts à lames paraboliques ...10 3.2) rôles des ressorts à lames ..11 4)Elément de conception..12 4.1) constituants dun ressort à lames ..12 4.2) détailles sur les oeils de la lame maîtresse ...12 4.3) fixation du ressort au châssis ....12 4.4) les organes constituants la suspension...13 5/Caractéristiques générales des ressorts..13 5.1) lois de comportement 13 5.1.a) cas des ressorts de traction ou de compression ..13 5.1.b) cas des ressorts de torsion...13 5.2) matériaux utilisées pour les ressorts à lames ...14 5.3) compositions chimiques15 5.4) rôles des éléments dadditions ..16 CHAPITRE II : PRESENTATION DE LA SOCIETE. 17 1/ Présentation de la société..17 1.1)introduction 17 1.2)la qualité.17 1.3)recherches et développements ..17 2/ Produits fabriqués.18 2.1) ressorts à lames conventionnelles .18 2.2) ressorts à lames paraboliques18 2.3) ressorts à air...18 3/Organigramme de la société..19 CHAPITRE III : ANALYSE FONCTIONNELLE DE BESOINS...20 1) Cycle de vie du ressort à lames20 1.1) 20Cycle de fabrication 1.2) 21Cycle de fonctionnement 2) Les éléments denvironnements21 3) les séquences de vie dun ressort à lames 22 4) matrice des fonctions de services 30 5) les différents éléments de suspension 31 6) dimension dune véhicule FIAT Auto32 CHAPITRE IV: PROCEDURE DE CALCUL DES RESSORTSA LAMES PARABOLIQUES ..33 1 ) Etude RDM .. .33
TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF
1
Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech. PFE COTREL.S.A. 1.1) 33détermination des efforts ... 1.2)détermination des moments ... 33 1.3)diagramme des efforts tranchants .. 33 1.4) 34diagramme des moments fléchissants. 1.5) 34calcul de la contrainte  1.6)résolution du problème de répartition de la contrainte... 34 1.7)détermination de la raideur dun ressort à lames... 36 1.8)calcul de lil de la lame maîtresse ... 36 2) détermination de lénergie dun ressort ...37 3) ressort à lames..38 3.1) lame parabolique simple (symétrique).. 38 3.2) lame parabolique simple (dissymétrique).. 39 3.3) enroulement dun ressort soumis à un couple... 40 3.4) torsion dun ressort ... 42 3.5) calcul de lil ... 42 3.6) calcul de la flexibilité transversale 43 4) Organigramme de calcul des ressorts à lames.. 44 5) exemple de calcul  46 6) Calcul numérique.. 51 CHAPITRE V : PROCESSUS DE FABRICATION DES RESSORTS A59 LAMES Phases de fabrication . ..59 Organigramme de processus de fabrication69 CONCLUSION.70 BIBLIOGRAPHIE71 ANNEXES72
 CHBICHIB RAOUFTOUATI FAKHRI &
2
Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech. PFE REMERCIEMENTS
COTREL.S.A.
Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements aux cadres scientifiques,
administratifs et techniques de notre établissement qui nous ont encadré et
servi durant la période de nos études.
Comme est de notre devoir de présenter en particulier nos remerciements
à notre encadreur : Mr Khadhrani Ridha pour lintérêt quil a manifesté tout le
long du développement de ce projet ainsi que pour les critiques pratiques et
judicieux quil nous a prodigué.
Nous exprimons aussi nos vifs remerciements au Président Directeur
Général de la société daccueil (COTREL), Mr Abdelaziz Essassi ainsi que Mr
Laâjimi Béchir Directeur Général Adjoint, Mr Mokdadi Hassen Directeur
Engineering, tous les cadres et les ouvriers de la société.
On tient également à exprimer nos remerciements à tous ceux qui vont
lire ce rapport ainsi que les enseignants et les membres de jury.
Enfin nous espérons que le travail sera à la hauteur et conforme à nos souhaits.
 CHBICHIB RAOUFTOUATI FAKHRI &
3
Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech.
 PFE
DEDICACE
Je dédie ce modeste travail à :
¾
¾
¾
¾
COTREL.S.A.
Mes chers parents pour leur grand amour et leurs sacrifices.
Mes chers frères.
Tous mes professeurs.
Tous mes amis pour leur soutient et encouragement.
Avec mes sentiments les plus sincères et tous mes respects.
TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF
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Fakhri
Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech.
 PFE
DEDICACE
Je dédie ce modeste travail à :
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
COTREL.S.A.
Mes chers parents pour leur grand amour et leurs sacrifices.
Mes chers frères.
Ma sur.
Ma femme.
Mon fils FAROUK.
Tous mes professeurs.
Tous mes amis pour leur soutient et encouragement.
Avec mes sentiments les plus sincères et tous mes respects.
 CHBICHIB RAOUF &TOUATI FAKHRI
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Raouf
Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech. PFE COTREL.S.A. CHAPITRE 1 : ETUDE THEORIQUE DES RESSORTS Dans ce chapitre, nous traitons un manuel de conception des ressorts et particulièrement les ressorts à lames, il sagit de la conception des ressorts à lames et leurs procédés de fabrication. 1) Introduction
Les suspensions sur un véhicule sont les éléments permettant de relier les masses non
suspendues (typiquement la roue, les systèmes de freinage, d'entraînement de roue, etc.) aux masses
suspendues (typiquement le châssis, le moteur et tous les composants du véhicule fixé au châssis).
Fig.1 : fixation dun ressort à lames
L'utilisation de la suspension est imposée par les irrégularités de la surface sur lequel se
déplace le véhicule. Elle en diminue l'impact sur l'engin, évitant des ruptures et une usure excessive
en améliorant le confort de conduite. Par ailleurs le fait qu'un véhicule possède une masse nécessite
l'utilisation d'un mécanisme de rappel pour éviter que le système ne s'affaisse indéfiniment au fur
est à mesure des aspérités du terrain.
Ainsi, la suspension se compose au minimum d'un bras de liaison entre les masses non
suspendues et les masses suspendues, d'un ressort et d'un amortisseur. Dans certains cas, les bras de
suspension sont aussi appelés triangle de suspension, dénomination due à leurs forme.
On distingue aussi les suspensions indépendantes, sur un même essieu la partie gauche est
séparée de la partie droite, des suspensions essieux rigide où les parties gauche et droite sont liées.
Parmi les types de suspension il y en a les ressorts à lames qui ont pour objectif principal dassurer lamortissement des chocs et des vibrations entre lessieu et le châssis, ils garantissent ainsi la répartition des charges pour les rendre constante et offrant un débattement optimum et un grand confort de conduite au champ et sur route.
Le problème des ressorts est l'un des plus complexes qu'ait à traiter le concepteur. La recherche de lois de déformation spécifiques, la connaissance des matériaux, de leurs traitements et de leurs modes de dégradation, la mise au point de procédés de fabrications efficaces et fiables sont toujours des sujets de progrès.
 CHBICHIB RAOUFTOUATI FAKHRI &
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Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech. PFE COTREL.S.A. 2)Différents types des ressorts et leurs rôlesGrâce aux soins apportés à leur fabrication et à leur contrôle, les ressorts utilisés pour la suspension des véhicules comptent désormais parmi les composants les plus fiables. Lesressorts sont des composants élastiques très répandus dans toutes sortes de machines et d'équipements. En raison de leur souplesse, ils diffèrent radicalement des autres pièces mécaniques dont on cherche, au contraire, à limiter les déformations sous charge. On peut attendre des ressorts : certaine façon sous l'effet des charges qu'ils subissentqu'ils se déforment d'une Ou qu'ils fournissent certains efforts lorsqu'on leur impose une déformation. Un ressort que l'on déforme emmagasine une énergie mécanique qui peut être restituée, idéalement en totalité, lorsque la déformation cesse. Naturellement, aucun ressort n'est parfait et une fraction plus ou moins importante de cette énergie est perdue lors des cycles de fonctionnement. Energie perdue : Wp
Energie WeDentrée
Energie emmagasinéeWs
Energie Wp
Suivant leurs applications, les ressorts assurent plusieurs fonctions et possèdent une loi de comportement variée, par exemple :
Comportement vraiment linéaire : Les ressorts les plus proches de ce modèle sont labarre de torsionet le ressort spiral à grand nombre de spires encastré aux extrémités. Ce dernier fut largement utilisé en horlogerie et pour la construction d'instruments de mesure.
Comportement « à peu près linéaire » :c'est celui des ressorts industriels. La loi de Hooke s'applique assez bien aux petits volumes élémentaires de matière qui constituent les ressorts mais, sauf exceptions, elle rend compte très mal (ou pas du tout) de leur comportement global. Ainsi, par exemple, la raideur d'un ressort de traction augmente quand le fil se redresse....
TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF
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Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech.
Comportement « à peu près linéaire décalé » : Il est bien illustré par le ressort hélicoïdal de traction à spires jointives : une torsion du fil lors de l'enroulement fait que les spires s'appliquent fortement les unes contre les autres, il faut donc exercer une force de traction suffisante pour que le ressort commence à s'allonger comme un ressort à spires non jointives ; cette solution permet de diminuer notablement l'encombrement.Comportement délibérément non linéaire :Ces ressorts présentent une raideur variable en fonction de la charge qu'on leur applique. Ainsi, plus les ressorts tronconiques s'affaissent, plus ils « durcissent », les spires de plus grand diamètre sont les plus souples, elles s'écrasent les premières et dans certaines configurations, on obtient un enroulement spiralé de très faible encombrement sous la charge maximale.Comportement « neutre » ou « négatif » :On l'obtient avec des bandes précontraintes enroulées très serrées et qui deviennent de moins en moins raides, ou de plus en plus souples, à mesure qu'on les déroule. Le comportement neutre peut servir à équilibrer des charges, le ressort fournit alors un effort constant dans toutes les positions. Le comportement négatif est par essence instable ; la force de rappel donnée par un aimant permet d'en percevoir le principe.
 CHBICHIB RAOUF &TOUATI FAKHRI
 PFE
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COTREL.S.A.
Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech. PFE COTREL.S.A. Comportement variable : on peut obtenir toutes sortes de relations entre les efforts et les changements de forme. Les touches des claviers informatiques et les boutons des souris nous en fournissent un excellent exemple. Toute manuvre doit provoquer un contact net et sans rebond, de manière à envoyer une impulsion électrique précise et unique. Pour cela, les touches et les boutons offrent d'abord une certaine résistance à la pression avant de céder brutalement et de s'enfoncer sans rebondir. Lorsque l'on presse une touche, cette paroi résiste d'abord à la manière d'une voûte, puis cède brutalement. On dit qu'elle « flambe ». Ainsi, le mouvement par lequel l e contact est établi est toujours franc, l'effort qui suffit à maintenir une touche enfoncée est inférieur à celui qui provoque le flambement ; la courbe caractéristique de ce « ressort » montre d'abord un comportement « positif » qui se transforme, à partir d'un certain seuil, en comportement « négatif ». Comportement irréversible :Prenons comme exemple une calotte sphérique en tôle mince, de faible courbure, retenue à sa périphérie dans un montage. - En exerçant selon son axe une force qui tend à l'aplatir, on produit un affaissement qui disparaît si l'on cesse d'agir. Le processus est alors réversible puisque le système revient à sa position première après disparition de la cause qui l'en avait écarté. - En poussant plus fort, on atteint un seuil à partir duquel la calotte se déforme de plus en plus aisément et si l'on dépasse le point où elle devient plane, sa courbure change subitement de sens avec émission d'un claquement caractéristique. L'énergie dépensée pour aplatir la calotte est entièrement perdue lors de cette déformation très brutale. Le comportement est devenu irréversible, puisque le retour à la position initiale ne se produit plus lorsque l'on cesse d'appliquer l'effort. En imposant non pas l'effort, mais la flèche de la calotte, on peut tracer une courbe donnant l'effort -obtenu en fonction du déplacement. - De tels dispositifs, qui comportent presque toujours un organe élastique travaillant au flambage, sont largement utilisés dans les systèmes de régulation.
 CHBICHIB RAOUF &TOUATI FAKHRI
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Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC - Département science et tech.
 PFE
COTREL.S.A.
On peut distinguer plusieurs grandes catégories de ressorts en fonction de divers critères, en particulier selon les matériaux utilisés, qui peuvent être des métaux, des élastomères, des matériaux composites ou encore des gaz.3) Les ressorts mécaniques à lames superposées 3-1) Types des ressorts à lames superposées Selon le tonnage du véhicule et son affectation, plusieurs variantes de ressorts sont montées. Le ressort à lames est un élément qui atténue (amortie, affaiblie) la violence des chocs et des vibrations pour voitures, camions, autocars, engins de génie civil, wagons de chemin de fer ainsi quil est lun des plus importants éléments du système de suspension. a) Ressorts à lames conventionnelles :
Les ressortsconventionnelsoumulti lames sont composés des barres plates appelés lames, laminés dune façon uniforme (conventionnel) sur toute la longueur sont les montages les plus anciens. De nos jours, on les trouve le plus souvent sur les matériels (véhicules moteurs et remorques ou semi-remorques) destinés aux transports lourds sur mauvaises routes, comme dans le secteur des travaux publics.
Fig.2 : ressort à lames conventionnelles b) Ressorts à lames paraboliques:
Les ressorts à lames paraboliques qui ont vu le jour au début des années 70 peuvent être composés de plusieurs lames ou d'une seule lame, cette appellation provient de la forme des lames, elles sont laminées sous forme dune parabole ce qui nous donne une variation dans lépaisseur sur chaque coté de lame.
Fig.3 : ressort à lames paraboliques
 CHBICHIB RAOUF &TOUATI FAKHRI
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Manuel de conception des ressorts à lames
ISEFC Département science et tech. PFE COTREL.S.A. -Les lames des ressorts (multi lames ou paraboliques) sont assemblées entre elles par un boulon central appelé étoquiau. Pour empêcher le mouvement latéral des lames plusieurs techniques sont utilisées: étoquiau avec méplat, lames nervurées avec encastrement les unes dans les autres, étriers en quantité variable selon le nombre de lames et la longueur des ressorts. Afin d'éviter que le ressort se détache de sa fixation en cas de rupture de la lame principale, la deuxième lame ou sous-maîtresse: englobe la première lame aux extrémités. Cette configuration renforce également le moment d'inertie de la lame maîtresse afin que celle-ci résiste parfaitement aux efforts tranchants dus aux charges. 12P L σ= B×T²
Avec :
P : la charge maxi sur un illet.
L : longueur entre laxe de lillet et la fibre neutre de la lame.
B : largeur de la lame. , T : épaisseur de lillet.
La valeur deσ< à 35 MPa POUR UN RESSORT AVANT ET POUR LES VEHICULES A TRANSPORT DU PERSONNEL (savoir faire NHK-Annexe). σ<40 MPa pour les ressorts arrière (Savoir faire NHK).
 Fig.4 : il de la lame maîtresse Fig.5 : il de la lame maîtresse + sous maîtresse
En conclusion à cette approche, le ressort doit être tenu dans sa partie centrale sur le corps de pont ou d'essieu par des brides qui le maintiennent solidement sur le corps d'essieu constituant une suspension. 3-2) Rôle des ressorts à lames : Tous les systèmes de suspension doivent permettre d'assurer un compromis entre la nécessité d'absorber les inégalités de la route en vue d'obtenir un meilleur confort pour les passagers et celle de maintenir les roues en contact parfait et permanent avec le sol. La plupart des systèmes de suspension tolèrent de légères modifications du carrossage qui, à leur tour, modifient l'angle de dérive des pneus.Les ressorts à lames ou ressorts mécaniques (solides) sont d'utilisations courantes sur les véhicules industriels. En règle générale, ces ressorts sont fixés sur les essieux en partie centrale et assemblés aux longerons du châssis à leurs extrémités. Nous verrons d'ailleurs plus loin que les liaisons aux extrémités doivent être prises dans le sens le plus large car se sont par elles que la flexibilité varia-ble de l'ensemble du ressort se réalise et différentes attaches sont possibles. Le mouvement dupoids suspenduà la forme d'une sinusoïde donc la période détermine le confort ou l'inconfort d'une suspension.
 & CHBICHIB RAOUFTOUATI FAKHRI
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Manuel de conception des ressorts à lames