Manuel de conception des ressorts a lames(1) by Nick-Jérémie Odia

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SOMMAIRE CHAPITRE I : ETUDE THEORIQUE DES RESSORTS………………… 1) Introduction………………………………………………………….………. 2) Différents types des ressorts et leurs rôles…………………………..………. 3) Les ressorts mécaniques à lames superposées……………………………….. 3.1) les types de ressorts à lames superposées………………………………….. 3.1.a) Ressorts à lames conventionnelles……………………………………….. 3.1.b) Ressorts à lames paraboliques ………………………………….……….. 3.2) rôles des ressorts à lames ………………………………………………….. 4) Elément de conception……………………………………………………….. 4.1) constituants d’un ressort à lames ………………………………………….. 4.2) détailles sur les oeils de la lame maîtresse ……………………….……….. 4.3) fixation du ressort au châssis …………………………………….………... 4.4) les organes constituants la suspension…………………………….……….. 5/Caractéristiques générales des ressorts……………………………………….. 5.1) lois de comportement ……………………………………………………… 5.1.a) cas des ressorts de traction ou de compression ………………………….. 5.1.b) cas des ressorts de torsion………………………………………………... 5.2) matériaux utilisées pour les ressorts à lames ……………………………... 5.3) compositions chimiques…………………………………………………… 5.4) rôles des éléments d’additions …………………………………………….. CHAPITRE II : PRESENTATION DE LA SOCIETE……………………. 1/ Présentation de la société…………………………………………………….. 1.1) introduction ……………………………………………………………… 1.2) la qualité…………………………………………………………………. 1.3) recherches et développements ………………………………………….. 2/ Produits fabriqués……………………………………………………………. 2.1) ressorts à lames conventionnelles …………………………………………. 2.2) ressorts à lames paraboliques……………………………………………… 2.3) ressorts à air………………………………………………………………... 3/Organigramme de la société………………………………………………….. CHAPITRE III : ANALYSE FONCTIONNELLE DE BESOINS………... 1) Cycle de vie du ressort à lames……………………………………………… 1.1) Cycle de fabrication……………………………………………………… 1.2) Cycle de fonctionnement………………………………………………… 2) Les éléments d’environnements…………………………………………… 3) les séquences de vie d’un ressort à lames …………………………………… 4) matrice des fonctions de services …………………………………………… 5) les différents éléments de suspension ……………………………………… 6) dimension d’une véhicule FIAT Auto……………………………………… CHAPITRE IV : PROCEDURE DE CALCUL DES RESSORTS

6 6 7 10 10 10 10 11 12 12 12 12 13 13 13 13 13 14 15 16 17 17 17 17 17 18 18 18 18 19 20 20 20 21 21 22 30 31 32

A LAMES PARABOLIQUES …………………………………….. 33

1 ) Etude RDM ……………………………………….. ………………………. 33 TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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1.1) détermination des efforts ………………………………………………... 1.2) détermination des moments ……………………………………………... 1.3) diagramme des efforts tranchants ……………………………………….. 1.4) diagramme des moments fléchissants……………………………………. 1.5) calcul de la contrainte …………………………………………………… 1.6) résolution du problème de répartition de la contrainte…………………... 1.7) détermination de la raideur d’un ressort à lames………………………... 1.8) calcul de l’œil de la lame maîtresse ……………………………………... 2) détermination de l’énergie d’un ressort ……………………………………... 3) ressort à lames……………………………………………………………….. 3.1) lame parabolique simple (symétrique)…………………………………….. 3.2) lame parabolique simple (dissymétrique)………………………………….. 3.3) enroulement d’un ressort soumis à un couple……………………………... 3.4) torsion d’un ressort ………………………………………………………... 3.5) calcul de l’œil ……………………………………………………………... 3.6) calcul de la flexibilité transversale………………………………………… 4) Organigramme de calcul des ressorts à lames……………………………….. 5) exemple de calcul …………………………………………………………… 6) Calcul numérique…………………………………………………………….. CHAPITRE V : PROCESSUS DE FABRICATION DES RESSORTS A LAMES………………………………………………………………………… Phases de fabrication . ………………………………………………………….. Organigramme de processus de fabrication……………………………………

33 33 33 34 34 34 36 36 37 38 38 39 40 42 42 43 44 46 51 59 59 69

CONCLUSION…………………………………………………………………. 70 BIBLIOGRAPHIE……………………………………………………………… 71 ANNEXES……………………………………………………………………… 72

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REMERCIEMENTS 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.

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DEDICACE

Je dédie ce modeste travail à : ¾

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.

Fakhri

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DEDICACE

Je dédie ce modeste travail à : ¾

Mes chers parents pour leur grand amour et leurs sacrifices.

Mes chers frères.

Ma sœur.

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.

Raouf

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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. TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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2) Différents types des ressorts et leurs rôles Grâce 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. Les ressorts 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 : •

qu'ils se déforment d'une certaine façon sous l'effet des charges qu'ils subissent

•

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

Energie Energie emmagasinée Ws

D’entrée

Utile

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 la barre de torsion et 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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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.

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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 manœuvre 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 le 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. TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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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 ressorts conventionnels ou multi 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 semiremorques) 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

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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.

σ=

12 × P × L B ×T ²

Avec : P : la charge maxi sur un œillet. L : longueur entre l’axe de l’œillet et la fibre neutre de la lame. B : largeur de la lame. ,

T : épaisseur de l’œillet.

La valeur de σ < 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 : œil de la lame maîtresse

Fig.5 : œil 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 variable de l'ensemble du ressort se réalise et différentes attaches sont possibles. Le mouvement du poids suspendu à la forme d'une sinusoïde donc la période détermine le confort ou l'inconfort d'une suspension.

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PNS

Fig.6 :l’amortissement d’un ressort

Avec : PS = poids suspendue et PNS = poids non suspendue

4) Elément de conception : 4-1) Constituants d’un ressort à lames

Fig.7 : les composantes d’un ressort à lames

Lame maîtresse

Oeil de montage

lame sous-maîtresse

Boulon étoquiau

Les étriers

4-2) Détails sur les oeils de la lame maîtresse :

Fig.8 :deux types de montage des oeils 1) œil de la lame maîtresse 2) bague en bronze 3) axe en acier tourillonnant

1) œil de la lame maîtresse 2) silentbloc 3) axe fixé dans le silentbloc

4-3) Fixation du ressort au châssis (montage longitudinal): 1

Main du ressort et rivet ou boulonné

Point fixe ressort

Jumelle permettant son allongement

Les étriers

étoquiau

Fig.9 : les éléments de montage d’un ressort à lames

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4-4) Les organes constituants la suspension : - Les éléments déformables élastiques (ressorts, blocs, gaz) - Les amortisseurs - Les stabilisateurs (barres stabilisatrices) - Les barres anti-dévers - Les pneumatiques

Fig.10 : organes de la suspension

- Les sièges

5/Caractéristiques générales des ressorts : 5-1) Lois de comportement : Bien que le comportement linéaire soit le plus fréquemment recherché, par facilité ou pour de vrais impératifs techniques, les lois qui relient les déformations globales des ressorts aux efforts qui leur sont appliqués sont beaucoup plus variées que ce que l'on pense généralement ; tout l'art des concepteurs et des fabricants de ressorts consiste à les adapter le mieux possible aux besoins ! Dans le cas du comportement linéaire, la courbe qui représente le résultat de sa déformation d'ensemble (translation ou rotation) en fonction de l'effort appliqué (force ou moment) est une droite. La flèche f ou la rotation θ est alors proportionnelle à la force P ou au couple C qui l'a provoquée.

La raideur d'un ressort est définie :

a) Cas des ressorts de traction ou de compression f

u n e c h a rg e (m g = p )

 k = raideur  avec  P = Ch arg e[N ]  f = flèche[mm ] 

P K = [N / mm ] f

Fig.11 : flèche d’un ressort

b) Cas des ressorts de torsion

 k = raideur C  K = [N / rad ]avec C = couple[Nm ] θ  θ = angle[rad ] 

Fig.12: bras de torsion TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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N.B : - L'inverse de la raideur, 1/k, est la souplesse ou compliance. - Ne pas confondre les deux termes raideur et rigidité. Même s'ils sont plus ou moins interchangeables dans le langage courant, du point de vue technique la raideur s'applique aux pièces tandis que la rigidité caractérise les matériaux.

5-2) Matériaux utilisés pour les ressorts à lames : Les principaux matériaux utilisés pour la fabrication des ressorts à lames sont : •

55 Cr3 : Utilisé généralement pour la fabrication des ressorts à lames conventionnelles dont leurs épaisseurs sont constantes.(Fig.2)

•

L’acier 50 CrV4 : utilisés pour la fabrication des ressorts à lames parabolique dans l’épaisseur de la lame est variable suivant une équation :

e=K× x

Avec :

e : l’épaisseur de la lame à un segment bien défini. K : constante X : distance entre l’axe de l’appui et le segment à calculer.

Fig.13 : variation de l’épaisseur d’un ressort à lames

•

L’acier 50 CrV4 est utilisé pour la fabrication des ressorts à lames conventionnelles dans l’épaisseur et supérieur ou égale à 16 mm.

Fig.14 : Ressort à lames conventionnelles avec une épaisseur de 22 mm.

•

L’acier 51 CrMoV4 : Utilisés pour la fabrication des ressorts parabolique dans l’épaisseur centrale et supérieure à 30 mm.

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5.3) Composition chimique Désignation

0,52 –

0,7 - 1

P Max S Max Cr

symbolique 55 Cr3

0,1 –

0,59 50 CrV4 51 CrMoV4

0,025

0,7 – 1

0,025

0,9 –

0,07 –

1,2

0,25

0,4

0,46 –

0,7 –

0,1 –

0,55

1,1

0,4

0,48 –

0,7 –

0,15 –

0,56

1,1

0,4

0,025

0,9 –

0,15 –

0,07 –

1,2

0,3

0,25

La matière première doit être livrée avec un certificat de contrôle qui comporte les points à contrôler suivants : •

N° de coulée.

•

Date du laminage de l’acier.

•

Largeur de l’acier l ± 0,5. (exigence du client).

•

Epaisseur de l’acier e ± 0,2. (exigence du client).

•

Longueur de la barre + 50/0. (exigence COTREL)

•

Analyse chimique de la coulée.

Composition chimique de l’acier livrée. (A4) •

Micropropreté.

Vérification de l’inclusion non métallique.

Nuance 55Cr3

Propriétés mécaniques de livraison

Dureté

Résilience K

1370 à

≥1180 N/mm²

≥20 J/cm²

<320

≥1125 N/mm²

≥20 J/cm²

<320

≥1300 N/mm²

≥43 J/cm²

<320

1670N/mm² 50CrV4

1320 à 1570N/mm²

51CrMoV4

1550 à 1750N/mm²

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5.4) Le rôle des éléments d’alliages : Les éléments d’alliages ajoutés au carbone dans les aciers de construction ont pour but d’augmenter la trempabilité ou de corriger l’effet d’une trempabilité élevé sur la fragilité. Parmi les éléments d’alliages, le chrome a été le premier employer et reste le plus important. En pratique, il n’a seulement pour effet que d’augmenter la trempabilité. Pour augmenter le niveau de trempabilité sans augmenter les teneurs en chrome, on a recours aux additions de molybdène et de vanadium ; ces deux éléments ont pour effet en petite quantité d’exalter les propriétés de trempabilité des aciers au chrome. En outre, compte tenue de leurs action sur la finesse du grain, ces deux éléments d’alliages ont la propriété de diminuer la fragilité, c'est-à-dire d’augmenter ou de maintenir le niveau de la résilience pour une même résistance.

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CHAPITRE II ENTREPRISE D’ACCUEIL 1) Présentation de la société : 1.1) introduction La Compagnie Tunisienne de Ressorts à Lames – COTREL - Société Anonyme créée en 1981, fait partie d’un groupe de sociétés intégrées dans le secteur du véhicule industriel. Spécialisée dans la conception, la fabrication et la commercialisation de ressorts à lames conventionnels et paraboliques pour tout type de véhicules, COTREL est le fournisseur des plus grands constructeurs automobiles internationaux. L’organisation structurelle mise en place par COTREL est certifiée ISO 9001 (2000), ISO/TS 16949 et ISO 14001 par l’AFAQ. COTREL a acquis son savoir faire de la société Japonaise NHK, l’un des leaders mondiaux de la fabrication de ressorts à lames. COTREL assiste ses clients dans la conception de nouveaux produits, assure la qualité totale des produits commercialisés et maîtrise parfaitement la logistique de livraisons.

Aujourd’hui, COTREL occupe une position stratégique au cœur de marchés fortement concurrentielle grâce à une valorisation des compétences, une utilisation des technologies modernes et pointues mais aussi et surtout grâce à un engagement de performance et d’efficacité au profit d’une clientèle de plus en plus exigeante.

1.2) La qualité : La certification ISO 9001 (version 2000), ISO/TS 16949 et ISO 14001 acquise par COTREL est un engagement dans la démarche de l’amélioration constante de ses performances et de ses compétences.

Cette assurance qualité est confortée par la formation qualitative continue des employés et l’utilisation des techniques adéquates pour le développement et la production de produits à zéro défaut : AMDEC : Outil d’amélioration de la qualité. Etudes des capabilités des processus et produits MSP : maîtrise statistique de production : ASM : analyse des systèmes de mesure : vérification de la fiabilité, stabilité et le fidélité des instrument des mesures.

1.3) Recherche & Développement (R&D) : S’appuyant sur les idées innovatrices d’une équipe d’ingénieurs hautement qualifiée, le service Recherche et Développement de COTREL assiste ses clients dans la conception de ressorts personnalisés à des coûts optimisés. TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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ISEFC - Département science et tech. PFE COTREL.S.A. La réalisation de ces études de création, de modification et d’amélioration des produits selon les besoins est assurée par l’utilisation des outils informatiques tels que : Système CAD pour modélisation 2D Modélisation en 3D du ressort et calculs analytiques. Analyse des éléments finis pour les calculs statiques et dynamiques avec simulations de fatigue. Assistance technique : co-développement avec clients et fournisseurs, analyse de la valeur, conception et développement de produits et équipements, liaisons télématiques. Démarche qualité totale : laboratoire d’analyse, contrôle des caractéristiques élastiques, essais d’endurance.

2) Produits fabriques : La société fabrique trois types de ressorts :

2.1)

Ressort à lames conventionnelles : (Fig.2)

2.2)

Ressort à lames paraboliques : (Fig.2)

2.3)

Ressort à air « LINKER » :

Fig.15 : ressort LINKER

Fig.15 : Montage d’un ressort LINKER

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3) Organigramme de la société Président Directeur Général A. ESSASI

Contrôleur de gestion

Administrateur Conseiller

Secrétaire de Direction

Direction Logistique Direction engineering

Direction Qualité et Environnement

D irection Usine Fig. 15 : resso rt LINKER

Direction Commerciale

Direction Financière

Directeur des projets

ETUDE

DEVELOPPEMEN T

Méthode

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Direction des Ressources Humaines

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CHAPITRE III ANALYSE FONCTIONNELLE DE BESOINS 1) Cycle de vie d’un ressort à lames : 1.1) Cycle de fabrication : Le cycle de fabrication d’un ressort à lames commence dés le découpage ou le sciage des ses lames à partir d’une barre plate pré-dimensionnée pour éviter les pertes du métal.

Fig. 16 : barres brute pour la fabrication des ressorts à lames Les lames sont découpées ou sciées selon des longueurs désirées, suivant la grandeur de la section. Aux milieux des lames, on doit avoir des trous ou des embouts pour le centrage. Pour obtenir des troues, on doit poinçonner à froid, poinçonner à chaut ou percer, mais pour obtenir ces embouts il faut emboutir à chaud. Ces procédés sont exécutés suivant l’épaisseur de la lame et le diamètre du trou ensuite ces lames seront laminées à chaud, soit un laminage parabolique ou conventionnel, une fois terminés, on passe pour la formation des œils sur les extrémités. Pour avoir tous ces lames avec une forme cambrée, il faut les chauffer à une température de 920°C les faire passer dans une cintreuse à trois cylindres pour obtenir la forme finale, puis ils seront trempées dans un bain d’huile qui a pour but d’améliorer les propriétés de résistance, comme la limite élastique, la résistance à la rupture et la dureté. Cette opération sera suivie par un revenu puis un traitement de surface à l’aide du grenaillage qui attaque la surface de la lame avec des grains d’acier pour améliorer son état d’une part et pour enlever les calamines d’autre part. L’opération de cambrage peut se faire aussi à l’aide d’une presse comportant deux mâchoires portant des doigts réglables suivant la courbe à donner aux lames. Puisque les surfaces des ressorts sont brutes, il faut faire la finition des alésages des oeils pour assurer un bon montage des bagues, ainsi qu’il faut meuler les côtés des oeils pour leurs donner les cotes voulues, car au laminage on aura un élargissement de la barre et on aura aussi des grands défauts sur les cotés. Et dans ce cas les lames seront prêtes pour subir une couche de peinture antirouille, qui va les protéger contre l’oxydation. Après la peinture les lames maîtresses seront emmenées pour la poste de montage des bagues et si cette opération est effectuée toutes les lames de ressort sont assemblées à l’aide des étriers et d’un boulon qui s’appelle l’étoquiau son but est le non-glissement des lames. En fin et après peinture finale, les ressorts sont mis à la disposition de l’exportation ou en stock provisoire.

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1.2) Cycle de fonctionnement: Les ressorts arrivés aux clients vont êtres montés sur les véhicules pour assurer leurs fonctions principales ainsi commencer une nouvelle vie de leurs raison d’être très dure. Et comme un grand nombre des composantes, le ressort à lames effectue dans cette nouvelle vie un cycle de fonctionnement qui sera déterminé par estimation statistique à partir des essaies mécaniques. La détermination de la durée de ce cycle n’est pas exacte mais elle est très proche de la réalité. Il est bien connu que sous l’action des charges alternées dues aux irrégularités des routes, le ressort fait un grand nombre des oscillations qui favorisent la propagation des fissures microscopiques ainsi qu’ils facilitent et augmentent la valeur des contraintes de fatigue, tout cela peut donner naissance à des ruptures des lames qui vont amortir la vie du ressort. Il y a aussi le phénomène de frottement entre les lames, qui est plus délicat pour la fatigue, car il peut créer des rayures sur leurs surfaces et peut y causer des concentrations des contraintes importantes conduisant à des accidents dangereux. Pour éviter les ruptures et les accidents, il nécessaire de trouver des solutions pratiques qui peuvent éviter une grande partie des dangers. A COTREL, des essaies d’endurance seront faites sur des échantillons des ressorts à lames qui ont pour but d’estimer le nombre de cycles aux quels, ils peuvent résister à la fatigue, et cette estimation varie d’un ressort à l’autre. On a par exemple des ressorts qui résistent à 100 000 cycles au minium, tenant compte que chaque cycle se fait avec la charge maximale.

2) Les éléments d’environnements : Essieu : c’est l’élément reliant les deux roues, il représente un solide rigide et robuste pour supporter la charge globale du véhicule. Châssis : il est composer des railles assemblées par soudure et déformés pour laisser les places des roues et des autres pièces des véhicules et de diminuer l’encombrement.

Normes clients : FIAT AUTO, RENAULT, IVEVO (A6) Environnement : c’est le milieu du travail (route, eau, …………) Elévateur : c’est la machine de manutention Magasin de stockage : c’est un local qui sert pour le stockage des ressorts. Palette : c’est un dispositif en bois utilisé pour le rangement des ressorts. Moyen de transport : c’est un grand véhicule peut supporter 30ts ainsi qu’elle possède une remorque à plate forme suffisante pour se charger de 15 palettes chargées. Bande de serrage : c’est une bande métallique sert pour serrer les ressorts sur la palette. Cercleuse : c’est un appareille qui sert pour le serrage de bande autour des palettes chargées. Ouvriers : ce sont les personnes qui interviennent dans la manipulation des ressorts. Cales en bois : ce sont des petits morceaux de bois servent pour l’isolation des ressorts aux autres éléments pendant le rangement sur les palettes.

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3) Les séquences de vie d’un ressorts à lames Séquences du produit

Liste exhaustive des l’éléments d’environnement

palettisation

Palette, cales en bois, ruban métallique, ouvrier, cercleuse

stockage

Elévateur, magasin, ambiance

Export

Moyen de transport, élévateur, ambiance

montage

Essieu, châssis, norme, ambiance

Séquence N°1 : palettisation

Ressort à lames Palette Cale en bois Ceinture de serrage (Ruban) Client Cercleuse

Pieuvre de palettisation :

Client

Palette FP FC2

Ressort à lames

FC3 FC4

Cale en bois

FC1 FC5

Ceinture de serrage

Cercleuse A) Identification des fonctions de service et les caractéristiques : a) Fonctions principales FP : permettre au client d’avoir les ressorts bien ranger.

b) Fonctions de contraintes FC1 : assurer sa manutention par l’ouvrier. FC2 : avoir une position de stabilité lors de son rangement sur la palette FC3 : éliminer le frottement FC4 : résister aux efforts de serrage de la cercleuse FC5 : résister au serrage de la ceinture TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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FP : Fonction principale Le service permettre au client d’avoir les ressorts bien ranger

Critère de valeur Poids du ressort Longueur du ressort Nombre des ressorts par palette

Valeurs approximatives 15 Kg 1430 mm 117

FC1 : Fonction de contrainte N°1 Le service Assurer sa manutention par l’ouvrier

Critère de valeur Nombre des ressorts par palette Distance à déplacer Hauteur de travail Poids du ressort

Valeurs approximatives 117 1000 mm 1300 mm 15 Kg

FC2 : Fonction de contrainte N°2 Le service

Critère de valeur Valeurs approximatives Largeur du paquet 70 mm Avoir une position de stabilité Dimension de la palette 800x900 mm lors de son rangement sur la Longueur du ressort 1430 mm palette maintient avec ceinture de long 3500mm

FC3 : Fonction de contrainte N°3 Le service Eliminer le frottement

Critère de valeur Longueur de la cale Largeur de la cale hauteur

Valeurs approximatives 1000 mm 30 mm

hauteur de la cale

30 mm

FC4 : Fonction de contrainte N°4 Le service Résister aux efforts de serrage de la cercleuse

Critère de valeur

Valeurs approximatives

Force de serrage

Manuelle

FC5 : Fonction de contrainte N°5 Le service Résister au serrage de la ceinture

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Critère de valeur Longueur ceinture Effort effectué avec

Valeurs approximatives 3500 mm ceintreuse

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Séquence de stockage Ressort à lames

Elévateur Espace (magasin ) Humidité

Environnement

Poussière Produits chimiques

Pieuvre de stockage

Espace

Elévateur FC2

FC3

FC1

Ressort à lames FC4

Poussière

Humidité

A) Identification des fonctions de service et les caractéristiques : a) Fonctions principales FP : rester en attente et assurer le mouvement de l’élévateur à l’intérieur de l’espace

b) Fonctions de contraintes FC1 : avoir une disposition ergonomique dans l’espace FC2 : assurer leurs manutentions par l’élévateur FC3 : protéger contre les poussières FC4 : résister à l’oxydation

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FP : Fonction principale Le service rester en attente et assurer le mouvement de l’élévateur à l’intérieur de l’espace

Critère de valeur Largeur du magasin (espace) Longueur du magasin (espace) hauteur du magasin (espace) Largeur de l’élévateur Longueur de l’élévateur Chemin entre les stocks Premier entrée sera première sortie

Valeurs approximatives 18 m 30 m 6m 1,5 m 3m 4m 100 °/°

FC1 : Fonction de contrainte N°1 Le service Avoir une disposition ergonomique dans l’espace

Critère de valeur Largeur de palette chargée Longueur de palette chargée Hauteur de palette chargée

Valeurs approximatives 900 mm 1500 mm 1300 mm

FC2 : Fonction de contrainte N°2 Le service

Critère de valeur Valeurs approximatives poids d’une palette chargée < 2000 Kg assurer leurs manutentions Distance palette-sol 80 mm par l’élévateur Distance entre les deux fourchettes 440 mm

FC3 : Fonction de contrainte N°3 Le service se protéger contre les poussières

Critère de valeur

Valeurs approximatives

Magasin fermé

100 °/°

FC4 : Fonction de contrainte N°4 S

Le service résister à l’oxydation

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Critère de valeur

Valeurs approximatives

Magasin fermé

100 °/°

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Séquence de l’export : Ressort à lames

Moyen de transport Elévateur Ambiance

Pieuvre de l’export :

Moyen de transport

Elévateur FC2

FC3

FC1

Ressort à lames

Ambiance

A) Identification des fonctions de service et les caractéristiques : a) Fonctions principales FP : se transporter de l’espace du stockage ou de processus de fabrication vers les clients

b) Fonctions de contraintes FC1 : Doit résister au choc pendant le déplacement et rester en bon rangement FC2 : Doivent assurer leurs manutentions par l’élévateur FC3 : Résister aux contraintes des facteurs étrangers

FP : Fonction principale Le service Se transporter de l’espace du stockage ou de processus final vers les clients

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Critère de valeur

Valeurs approximatives

Poids à transporter

< 30 t

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FC1 : Fonction de contrainte N°1 Le service doit résister au choc pendant le déplacement et rester en bon rangement

Critère de valeur Nombre de palettes à transporter

Valeurs approximatives 15

Distance entre deux palettes

200 mm

FC2 : Fonction de contrainte N°2 Le service doivent assurer leurs manutentions par l’élévateur

Critère de valeur Valeurs approximatives Poids de la palette <2000 Kg Distance entre deux palettes 200 mm Distance palette-sol 80 mm Distance entre les deux fourchettes 440 mm

FC3 : Fonction de contrainte N°3 Le service résister aux contraintes des facteurs étrangers

Critère de valeur

Valeurs approximatives

Moyen de transport couvert

100 °/°

Séquence de fonctionnement

Ressort à lames Essieu Châssis Norme (client) Ambiance

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Pieuvre de fonctionnement

Essieu

Châssis

FC2

FC1

Ressort à lames

FC4

Ambiance

FC3

Normes (client)

1) Identification des fonctions de service et les caractéristiques : a) Fonctions principales FP : Assurer l’amortissement des chocs et des vibrations entre l’essieu et le châssis

b) Fonctions de contraintes FC1 : Assurer une liaison mécanique efficace avec l’essieu FC2 : Assurer une liaison mécanique efficace avec le châssis FC3 : Satisfaire aux besoins du client et doit être montable sur le véhicule en question FC4 : Résister aux environnements dans tous ses états

FP : Fonction principale Le service Assurer l’amortissement des chocs et des vibrations entre l’essieu et le châssis

Critère de valeur Flexibilité Entre axes Flèche libre

Valeurs approximatives 8.82mm/100Kg 1430mm 88

FC1 : Fonction complémentaire N°1 Le service Assurer une liaison mécanique entre l’essieu et le ressort avec bridage et boulonnage

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Critère de valeur Largeur de bridage Longueur du bridage Diamètre du Plot de centrage Hauteur du paquet

Valeurs approximatives 70 120 18 mm 18 mm

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FC2 : Fonction complémentaire N°2 Le service Assurer une liaison mécanique entre le châssis et le ressort avec des axes et une jumelle

Critère de valeur Diamètre de l’œillet (A) Largeur de l’œillet (A) Diamètre de l’œillet (B) Largeur de l’œillet (B)

Valeurs approximatives 39,6 mm 87mm 47,2 mm 83mm

Entre axe

1430mm63

FC3 : Fonction complémentaire N°3 Le service

Satisfaire aux besoins du client et Doit être montable sur les véhicules en questions.

Critère de valeur Entre axe Flèche libre Largeur de l’œil<B> Largeur de l’œil<A> Diamètre intérieur de bague Largeur du paquet Partie plane Force d’extraction de la bague mini

Valeurs approximatives 11430mm63 8764,5 8760,1 9360,2 16,2 71 Maxi 12065 663Kg

FC4 : Fonction complémentaire N°4 Le service Résister à l’environnement de travail

Critère de valeur Résister à la fatigue Résister à la corrosion Résister aux chocs

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Valeurs approximatives 100 000 cycles mini 300 heures dans un bain de brouillard salin >20 J/cm²

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4) Matrice des fonctions des services

réagir aux charges verticale réagir aux charges transversale REAGIR AUX CHARGES AVEC UN TRAVAIL DE DEFORMATION réagir aux charges longitudinale ELASTIQUE ET LIAISON garantir le deplacement verticale STRUCTURELLE AVEC L'AXE DE garantir le jeu mini avec les autres organes LA ROUE ET LE CHASI

X X X X

X X

X X X

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X X

garantir le silence durant le fonctionnement garantir la fixation avec l'axe de la roue

T A M P O N + B R ID E C E N T R A L E

X X X

B O ULO N E N U + A X E DE LA RO UE

X X X X

LA M E + A X E DE LA RO UE

FONCTION ELEMENTAIRE

S U P P O R T A R R IE R E + J U M E L L E

FONCTION DE BASE

INTERFACE

LA M E + JUM E LLE

COMPOSNAT

LA M E + S UP P O RT A V A NT

ELEMENT/INTERFACE

L A M E P R IN C IP A L E JUM E LLE SUPPORT AVANT S U P P O R T A R R IE R E B R ID E C E N T R A L E B O ULO N E N U BAGUE AVANT B A G U E A R R IE R E TA M P O N CE NTRA LE

COTREL S.A DECOMPOSITION FONCTIONNEL

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5) Les différents éléments de suspension 30

FIG.17 : emplacement du ressort a lames par rapport a l’essieu

RESSORT A LAME.

JUMELLE.

2 3

PARTIE ARRIER DU RESSORT A LAME. AXE.

4 10

AMORTISSEUR. TAMPON.

21 29

BARRE STABILISATRICE

ESSIEU

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6) Dimensions d’une véhicule fiat auto

715

RSC 300mm

300

675

690

690 1710

SENS DE MARCHE

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1220

Fig.18: arrière SCHEMAsuspension SUSPENSION ARRIERE

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CHAPITRE IV PROCEDURE DE CALCUL DES RESSORTS A LAMES PARABOLIQUES Un ressort à lames est un élément solide sous forme d’une poutre encastrée par son milieu sur l’essieu à l’aide d’une bride (l’encastrement est parfait). Donc dans notre étude on peut prendre une partie de la lame et l’on considère comme une poutre encastrée à une extrémité et chargée à l'autre. Le modèle est dans la fig 1. y x

Fig.19: poutre soumise à la flexion

1) Etude RDM On appliquer le PFS pour cette poutre : r

∑F

ext

r = 0 et

∑M

r f ext

r =0

1.1) Détermination des efforts : ∑ Fext Projection sur l’axe des X et des Y ,

Rx = 0

r =0

r r r P+R = 0

, P = Ry

(1)

1.2) Détermination des moments v ∑ M fr

ext

r =0

 MB − P.X = 0  (2) MB = P.X

  &    

avec X var ie entre A et B et [ AB] = L au po int A, X = 0 donc Mf = 0 au po int B, X = L donc M f = P × L MB

est le moent d ' encastrement

1.3) Diagramme des efforts tranchants : T Ry

T = Ry

Fig.20.a :

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1.4) Diagramme du moment fléchissant : 0≤X≤L , Mf =− PX 12 3 + MB 0

X =0 ⇒ Mf =− PX 12 3 + MB = MB

Mf MB

X = L ⇒ M f = − PL + M B = 0 Fig.20 :b

1.5) Calcul de la contrainte : La valeur maxi du moment de flexion est au point d’encastrement B:

Mf = P.L

La condition de résistance s’écrit :

σ max i =

Mf ≤ σ adm I Gz v

⇒

σmaxi =

P.L ≤ σ adm I Gz v

(3)

  P = la ch arg e max i sur l ' extrémité de la lame [N ]  [mm] Avec :  L = longueur de demi − lame I 3  Gz = mod ule de flexion avec I Gz = Be et v = e 12 2  v

En tenant compte de la section rectangulaire de la poutre, on a :

σmaxi =

6PL Be²

(4 )



Avec  

B = l arg eur de la lame [mm] e = epaisseur de la lame [mm]

Nous remarquons qu’il y a une mauvaise répartition de la matière sur la longueur AB car l’idéal devrait être que cette contrainte soit la même en tout point de la poutre, c’est à dire qu’on se rapproche à un solide d’égale résistance sur toutes les sections et on sait que X est une variable située ente les point A et B tel que [AB] = L et, pour dire que σ max i = cte à tout point, on remplace L par X dans (3), on aura : σ max i =

Mf PX = = cte I I v v

(5)

1.6) Résolution du problème de répartition de la contrainte : Dans notre modèle et, en conséquence des explications précédentes, deux cas pourront donc se présenter à la réflexion: TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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- La hauteur e sera invariable et nous ne pourrons faire varier que la largeur B. - La largeur B sera invariable et nous ne pourrons faire varier que la hauteur e.

σmaxi =

6PX Be²

(6 )

6 × P× X   ⇒ B= e²σ maxi      6PX  ⇒ e² = Bσ maxi 

(7 )

(8 )

L’équation (7) représente une fonction linéaire sur toute la longueur L, ce qui nous oblige d’obtenir un largueur très important au niveau d’encastrement. Fig.21.a : variation en largeur B Bi : largeur variable de B à 0 L : la longueur de la poutre e : épaisseur du poutre (cte)

On sait que constructivement la largeur est très limitée pour intégrer la suspension sur les véhicules car l'environnement ne s'y prête guère (pneumatique, cadre de châssis, carrosserie etc..). Alors on laisse B constante pour la raison du montage et on fait varier e. La variation de (e) est donnée par l’équation (9)

On a : P = cte, B = cte et σ max i

 6PX =c X e = Bσ maxi  = cte   avec c = cte =  

(9) 6P Bσ maxi

L’équation (6) représente une fonction parabolique sur toute la longueur L de demi lame.

Fig.21.b : variation en épaisseur e TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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1.7) détermination de la raideur d’un ressort à lame : K=

On a :

P f

( 10 ) avec f est la déflexion

Fig.21.c : déformé f due à la charge P sur l’extrémité libre

PL3 La déformée est : y = 6 EI

 1 − 

x  e

 2 + 

P = Kf

⇒ k=

[ B3 ]

PL3 PL3 ×2 = : f = 6 EI 3 EI

Au point (x = 0) : f = y donc on obtient

On a

x  e

P P 3 EI = = 3 = 3 f PL L 3 EI

B × e3 12 3 L

( 11 )

( 12 )

Une lame encastrée à une extrémité et chargée à l'autre peut évidemment servir de ressort mais les contraintes maximales règnent du côté de l'encastrement tandis que l'extrémité libre, qui a le même module de flexion I/v que l'autre, est peu sollicitée.

1.8) Calcul de l’œil de la lame maîtresse : (A1) M f = 2P × l

( Di + e ) = P( Di + e ) 2

σ max i =

M f 12 P( Di + E ) = avec Di + e = 2l I Be² V

Fig.22 : oeillet

σ max i =

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12 Pl Be²

(14 ) Manuel de conception des ressorts à lames

(13 )

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2) détermination de l’énergie d’un ressort [ B4 ] Aspects énergétiques Si nous considérons maintenant, pour un ressort donné, la courbe qui donne la charge P en fonction de la flèche f, nous faisons apparaître sous forme d'une petite surface élémentaire le travail mécanique qu'il faut fournir au ressort pour passer de la flèche f à la flèche f + df. (15 ) Ce travail vaut tout simplement : dW = P × df Le travail nécessaire pour amener un ressort de l'état libre (f = 0 et P = 0) à la flèche F est représenté par l'aire sous la courbe et vaut F

d'une manière générale : W = ∫ Pdf

(16 )

Si le ressort possède une caractéristique quasi linéaire F Kf ² PF alors P = Kf et donc : W = ∫ K f df = = 2 2 0

(17 )

Si la déformation est très lente, le travail nécessaire pour comprimer le ressort est emmagasiné sous forme d'énergie potentielle et peut être restitué presque intégralement lors du retour à l'état initial. En cas de déformation rapide, la masse du ressort n'étant pas nulle, une partie de l'énergie mise en jeu est transformée en énergie cinétique ... et le problème se complique ! L'énergie de déformation du ressort est « dispersée » en chaque point de sa matière. Un volume élémentaire dV de métal, soumis à la traction, peut emmagasiner une énergie dW proportionnelle à la contrainte qui lui est appliquée :

Re ² 2E

(18 )

est la résistance vive élastique du matériau.[B4]

Un ressort idéal de volume V, dont toute la matière travaillerait à sa limite d'élasticité, pourrait donc emmagasiner l'énergie potentielle théorique :

W0 =

Re ² V 2E

(19 )

En fait, seule une partie de la matière peut matériellement être contrainte jusqu'à la limite d'élasticité et l'énergie qu'un ressort emmagasine réellement n'atteint qu'une fraction λ de la valeur théorique Wo. λ est le coefficient d'utilisation.

Wmax i = λ

Re ² V 2E

(20 )

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Bien que, paradoxalement, λ puisse en théorie et dans le cas le plus général dépasser 1, (à 1 cause des contraintes résiduelles), en pratique λ = pour les sections rectangulaires.[B6] 3 Il faut presque toujours, par sécurité, se réserver une marge assez importante par rapport à la limite d'élasticité ou, dans les applications dynamiques, par rapport à la limite de fatigue. Si, par exemple, la zone la plus contrainte l'est seulement à la moitié de la limite d'élasticité, l'énergie emmagasinée est divisée par 4... d'où l'intérêt de cerner avec précision les coefficients de sécurité. L'énergie emmagasinée par unité de masse peut atteindre approximativement, en J/kg : • •

ressorts à lames : 25 à 40 ressorts à lames étagées : 80 à 120

Notons que les ressorts sont en fait de piètres accumulateurs d'énergie si on les compare à d'autres dispositifs. Ainsi, la batterie d'accumulateurs d'une automobile stocke environ 1 000 fois plus d'énergie que ne le ferait un ressort de même masse. Ressort à lames parabolique : La plupart des ressorts de suspension de véhicules routiers et ferroviaires sont composés : — soit d’un ressort à lame unique symétrique ou dissymétrique. (n = 1). — soit d’un ressort à plusieurs lames symétrique ou dissymétrique. (n > 1).

3) Ressorts à lames : 3.1) lame parabolique simple : (symétrique)

l Fig.23.a

Une lame chargée posée sur deux appuis peut être considérée comme la juxtaposition de deux poutres flexibles solidarisés l’un à l’autre (figure suivante). Une poutre de longueur supporte une charge P1 égale à la réaction de l’un des appuis et une poutre de longueur supporte la charge P2 égale à la réaction de l’autre appui. Nota : L = longueur utile ( L = longueur totale – longueur de la bride )

Q=P1 + P2 Fig.23.b

La charge Q portée par l’ensemble est égale et opposée à la somme des deux réactions :

Q = P1 + P2.

(21)

La longueur entre appuis est la somme des longueurs L = l 1 + l 2 TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

(22)

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Connaissant la charge Q et les longueurs l1 et l2, les réactions sont donnés par les relations  Ql 2 (23) P1 =   L :  Ql 1  (24 ) P 2 =  L Quand les deux bras sont symétriques par rapport à la charge, on a : l 1 = l 2 = l donc L = 2l Q P1 = P 2 = P donc Q = 2 P ou P = 2 La déformée est symétrique ; au point d’application de la charge Q, la tangente est horizontale ; on peut appliquer les formules des poutres en remplaçant l par L/2 et P par Q/2

3.2) lame parabolique simple : dissymétrique :

Fig.24.a : lame dissymétrique Q=(P1xL)/l 2 = (P2xL)/l 1

l2 L Fig.24.b

P1 =

Q.l 2 L

(23)

P2 =

Q.l 2 L

(24)

Dans le cas général d’une lame dissymétrique, on peut calculer séparément les déflexions f1 et f2 des deux bras avec les formules des bras flexibles.

REMARQUE : Pour les ressorts à plusieurs lames on doit considérer pour le calcul le facteur n : nombre des lames. Bride

A A-A S1

Intercalaire A

Fig.24.c : ressort parabolique à deux lames avec S1 : la section de la lame N° 1 et S2 la section de la lame N°2. TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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L’équation (4 ) représente la contrainte maximale pour une lame : σmaxi =

6PL Be²

mais pour n

lames placées en parallèles, cette contrainte sera supportée par l’ensemble des poutres et on aura comme contrainte unitaire (par lame) :

σmaxi =

6PL nBe²

(25 )

Fig.24.d : ressort à lames paraboliques multiples

3.3) Enroulement d’un ressort soumis à un couple : [B2] En plus des charges, un ressort longitudinal de suspension subit aussi l’action des forces horizontales dues aux résistances au roulement et surtout aux effets des accélérations et freinages. Il en résulte pour le ressort une force longitudinale qui le soumet au flambage et un couple de moment M agissant sur le bridage qui provoque l’enroulement du ressort ou plus précisément une rotation de Ө son siège θ La flexibilité du ressort à l’enroulement est ω = avec Ө : angle de rotation et M : moment M d’enroulement. Le moment M est équivalent à deux forces Pe égales et opposées qui agissent aux articulations M d’extrémité du ressort et dont la valeur est égale à Pe = L La force Pe dirigée vers le bas agit comme une surcharge appliquée en extrémité du bras de flexibilité F1 et le fléchit comme le ferait toute autre charge, avec une déflexion : * f1 et f2 : déflexion. * Pe : charge. F1 .M * F et F : flexibilité de ressort. 1 2 f1 = F1 .Pe = L Celle qui est dirigée vers le haut agit à l’extrémité de l’autre bras de flexibilité F2 et réduit sa F ×M flexion de f 2 = F2 .P = 2 L A condition que cette réduction de flexion n’amène pas de décollement de certaines lames. Ce décollement risque de se produire quand la force Pe est supérieure à la charge P2 portée par cette extrémité du ressort et que les contraintes d’assemblage des lames sont insuffisantes. La lame maîtresse subit alors des contraintes alternées qui réduisent sa durée de vie. Les étriers limitent le décollement des lames. Les lames de rebond ne décollent pas. Dès l’instant où interviennent des décollements des lames, la flexibilité F2 augmente. La nouvelle valeur se calcule en réduisant la longueur des lames aux seules parties restées directement ou indirectement en contact avec la lame maîtresse. f + f2 La rotation de l’assise du ressort est égale à : sin A = 1 (26 ) L TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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et tant que la flexibilité F2 est constante : sin A =

F1 + F 2 × M L2

RESSORT DISYMETRIQUE

O RESSORT SYMETRIQUE

Fig.25 : enroulement des ressorts à lames

Si Ө est suffisamment petit, on peut prendre (en radian) : θ=

F1 + F2 ×M L²

(27 )

La flexibilité du ressort à l’enroulement est inversement proportionnelle au carrée de la longueur du ressort : ω=

F + F2 θ = 1 M L²

(28 )

Le centre du ressort dissymétrique se soulève d’une course égale à : fe =

f 2 .l1 − f 1 .l 2 F2 .l1 − F1 .l 2 = L L

(29 )

Quand le ressort est symétrique F1=F2 et l1=l2 donc fe = 0, le centre du ressort ne se soulève pas. La contrainte supplémentaire due au couple M est égale à : σe =

3.Pe.L B.e².n

(30 )

n étant alors le nombre de lames directement ou indirectement en contact avec la lame maîtresse. Dans le cas particulier du ressort symétrique, on a aussi : σe =

2.e.E .θ L

(31)

Le couple appliqué au siège d’un ressort dissymétrique procure un effet anti-roulis, dans le cas d’un essieu rigide de voiture monté sur deux ressorts parallèles. En effet, si l’essieu se déplace verticalement en restant parallèle à lui-même, les deux sièges s’enroulent ensemble par rapport à la droite de référence, l’angle du siège devenant positif ou négatif suivant le sens de déplacement de l’essieu. Par contre, si le déplacement de l’essieu est tel qu’une de ses extrémités s’élève tandis que l’autre s’abaisse, les sièges des deux ressorts seront sollicités par des enroulements en sens inverse. L’essieu impose son couple d’enroulement aux sièges tout en subissant lui-même un TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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couple de torsion. Le couple de basculement de l’essieu dû à une rotation de 1 rad de l’essieu autour d’un axe passant par son centre parallèle au ressort est donné par : 1 1 L² (32 ) avec Cb : couple de basculement. Cb = ( + ). F1 F2 2

β Fig.26 : basculement de l’essieu

3.4) Torsion d’un ressort : [B2] La lame maîtresse et, éventuellement, les lames de renforcement et de rebond sont soumises aux torsions imposées par l’essieu lorsqu’une roue franchit un obstacle. La contrainte de torsion est proportionnelle à l’angle de torsion unitaire α : (33) t = G×e×α α

Lame à l'état de torsion MA

MB Partie encastrée

Fig.27 : torsion d’un ressort Pour éviter une trop grande valeur localisée, il faut autant que possible distribuer également la torsion sur toute la longueur de la lame maîtresse sans la localiser par des étriers. Dans le cas exceptionnel où les deux ressorts d’un même essieu ne sont pas parallèles, les forces longitudinales leur font subir des contraintes de torsion supplémentaires. Ces contraintes sont relativement faibles.

3.5) Calcul de l’œil : [B2] Une bague emmanchée dans l’œil lui applique une contrainte que l’on calcule par la formule De  1 1  Fi  (34 ) − σ = e0 .E  Fig.28 : insertion de la bague + + Di e De e 0 0   Bague

Ou:

σ = e0 × E

De − Di ( Di + e0 )²

(35) Lamemaîtraisse

À cette contrainte constante, il faut ajouter algébriquement la contrainte due aux forces horizontales H et notamment aux efforts longitudinaux d’accélération et de freinage qui sont supportés par l’œil fixe et à la composante horizontale appliquée par la jumelle sur l’œil articulé. Cette contrainte se calcule par la formule :

σ= TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

3.H ( Di + e0 ) B.e0 42

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Par l’œil épaulé, la force H n’intervient que dans un seul sens ; dans l’autre, la contrainte est nulle. La fatigue de l’œil est donc considérablement diminuée. Si la contrainte dépasse la limite élastique, l’œil s’ouvre : c’est ce que l’on évite avec l’œil épaissi des ressorts à lames égales, avec la contre-lame des ressorts à lames multiples ou avec un œil inversé qui oppose les contraintes dues aux forces horizontales aux contraintes dues aux charges verticales. Les œils sont souvent soumis à de brusques secousses et à des chocs qui dépassent largement les forces horizontales calculées à partir des forces statiques. Aussi recommandet-on de ne pas dépasser une contrainte maximale calculée de 350 MPa et même moins pour les véhicules utilisés dans les zones urbaines où les arrêts sont fréquents.

3.6) Calcul de la flexibilité transversale : F1 =

T3 3.E.I

Avec

e 0² C²

et I Gx

e.B 3 12

e0 : épaisseur finale de la lame. C : constante avec C = ( L − l ) 2.5 − T 2.5 F2 = 24. 5 ⋅ Bm ² ⋅ C ⋅ E

e L

(38 )

Avec Bm : largeur moyenne entre la largeur centrale et la largeur finale Bm =

Bc + B f 2

L : demi entre axe. l : demi partie plane. Ft =

F1 + F2 2.n

(39 )

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avec n : nombre des lames.

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5) Organigramme de calcul des ressorts à lames : Réception des plans et des cahiers de charges (1)

F, f, b, L et P

Vérification des données Test Non Oui

6.P.L B.σ

Calculer la valeur de l’épaisseur :

(9)

Décision du nombre des lames (selon l’épaisseur totale)

σ max i =

Vérification de la contrainte :

Non

6 PL nbe²

(25)

Test Oui

Vérification de la déflexion :

Non

La 2 σ max i F= 3eE

Test Oui

Calcul de l’épaisseur de l’œil : e =

12 PL bσ max i

 1 1 Calcul de la contrainte due à l’emmanchement de la bague : σ = e 0 E −  Di + e 0 De + e 0

  

Calcul de la contrainte de l’œillet due à la force de démarrage et freinage : 3 × H × ( Di + e0 ) σ= B × e0²

Calcul de la contrainte supplémentaire due au couple M :

σ=

M = P×L

(2)

Calcul de couple d’enroulement :

Calcul de l’angle de rotation :

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θ=

3× P× L B × e² × n

F1 + F 2 ×M L²

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Calcul de la contrainte de la torsion : t = G × e × α

Calcul Du couple de basculement :

 1 1  L² Cb =  +  ×  F1 F2  2

Calcul de l’énergie emmagasinée : W max i = λ

Re ² × V (20) 2× E

Vérification sur un logiciel de calcul par élément finie COSMOS WORKS

Calcul de la flexibilité transversale F1 = Ft =

Etape 1

F1 + F 2 2n

T3 3 EI

(37 )

F 2 = 24

(L − 1)2.5 − T 2.5 5 Bm 3 ⋅ C ⋅ E

(38 )

(39 ) Non Test Oui

Préparation des documents techniques (gamme de fabrication + plan de définition) (A5)

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4) Exemple de calcul Suite à la demande de notre client FIAT AUTO pour étudier la possibilité de transformer les ressorts bilames (deux lames), en ressorts mono lame (une lame), les étapes à suivre pour réaliser ce calcul sont :

Etape 1 : (A2) Vérification des données d’entrée à la conception, fiche comportant toutes les données provenant du descriptif client ou synthétisées à partir des cahiers des charges et spécifications du client, et le cas échéant à partir des documents techniques d’autres produits similaires.

Etape 2 : (A3) Etude de faisabilité : Une étude technique de la possibilité de réalisation du produit répondant aux exigences explicites et implicites du client compte tenu de la capabilité des moyens disponibles (matériels et humains) et des équipements de contrôle. [A]

Etape 3 : Etude préliminaire : Pour étudier un ressort à lame on doit connaître les informations suivantes : •

Flexibilité. [mm /100KG]

•

Entre axe ressorts à plat. [mm]

•

Flèche libre. [mm]

•

Charge normale. [Kg]

•

Flèche sous la charge normale. [mm]

•

Charge maxi [Kg]

•

Largeur de la lame. [mm]

•

Partie plane. [mm]

Avec ces données on peut calculer la section, les nombres des lames, les contraintes et l’épaisseur de l’œillet. La contrainte au flexion se calcul de la façon suivante :

σmaxi =

6PL Be²

P : charge maxi porté par le ressort en [Kg]. L : demi entre axe de l’appui en [mm]. B : largeur de la lame en [mm]. e : épaisseur de la lames en [mm]. Exemple de calcul de ressort à lames : Données : Flexibilité F = 9 mm/100daN. Entre axes à plat E = 1430 mm. Flèche libre = 88 mm Charge normale Cn = 920 daN TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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Flèche sous la charge normale fn = 12 mm. Charge maxi Cm = 1507 daN. Largeur de la lame = 70 mm. Partie plane Pp = 120 mm. Pour un ressort à lames la contrainte admissible σadm = 95 daN/mm². (Savoir faire NHK)

e =

6PX B σ maxi

;

6 × 753 . 5 × 7 15 7 0 × 95

e =

= 22 . 04

Choix e = 22 mm. Sur un programme Excel on détermine le profil de laminage parabolique qui donne une flexibilité de 9mm/100mm.

FIAT AUTO 0009 MONOLAMA Raideur Rt non bridé (kg/mm) Diamètre de l'Œillet 65 COTE A ET 40 COTE B M1 σ(κγ/µµ2) l/2 (mm) B (mm) k (kg/mm)

M1 kg 715 65,3

charge mini

857,0

charge maxi

1507,0

Calcul du profil M1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Position

Segment

# Ep.

Pente

σnini

σmaxi

0 60 90 155 220 285 350 415 480 570 715

715,0 655,0 625,0 560,0 495,0 430,0 365,0 300,0 235,0 145,0 0,0

0 60 30 65 65 65 65 65 65 90 145

22,00 22,00 20,80 19,69 18,51 17,25 15,89 14,40 13,00 11,00 11,00

0,0% 4,0% 1,7% 1,8% 1,9% 2,1% 2,3% 2,2% 2,2% 0,0% #DIV/0!

58,19 53,31 56,90 56,90 56,91 56,92 56,94 56,99 54,77 47,20 0,00

102,32 93,74 100,06 100,05 100,07 100,09 100,13 100,21 96,32 83,00 0,00

715,0

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D’après ce tableau on vérifie si la contrainte dans la zone du profil laminée et constante ou non et ça pour éviter la déformation et le mauvais comportement du ressort dans le cas ou la contrainte n’est pas constante.

Calcul de la flexibilité D’après la formule 10 :

P = Kf

k =

⇒ k=

P P 3 EI = = 3 3 f PL L 3 EI

( 10 )

AN :

3 × 21000 × 70 × 22 3 k= = 10 ,8 dAN / mm = 11.02 Kg / mm 715 3 × 12 F=

1 1 = = 9.07mm / 100 Kg K 11.02

Calcul de la contrainte au niveau de l’œillet :

σ max i =

12 Pl Be ²

Avec : P : charge dynamique sur un seul côté. B : largeur de l’œillet. T : épaisseur de l’œillet.

l : distance entre le centre de l’œil et le fibre neutre de son l’épaisseur La valeur de σ doit être < à 35 MPa pour un ressort avant et pour les véhicules à transport du personnel. σ <40 MPa pour les ressorts arrière.

Fig.29

Notre ressort dispose d’un œillet berling, ce type d’œillet est soumis toujours au cisaillement. Vérification : σ =

F F 1507 = + = 0.97Kg / mm² < 40Kg / mm² S B × e 2 × 70 × 11

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Fig.30

Vérification de la déflexion : La 2 σ max i 3eE

f =

95 × 1430² = 140mm 3 × 21000 × 22

Calcul du ressort a l’enroulement : Ressort symétrique 715/715 Pe =

M L

sin A =

M = Pe × L = 753.3 × 1430 = 1077.5 N.m

donc

f 1 + f 2 133 + 133 = = 0.18 alors A = 0.18°. L 715

ou sin A =

F1 + F2 0.178 + 0.178 ×M = × 1077505 = 0.18° 2 1430² L

La flexibilité du ressort à l’enroulement est inversement proportionnelle au carrée de la longueur du ressort : ω=

θ F1 + F2 0.178 + 0.178 = = = 0.000000174 M L² 1430²

La contrainte supplémentaire due au couple M est égale à :

σe =

3 × Pe × L 3 × 753.5 × 1430 = = 95.4Kg / mm² B × e² × n 70 × 22² × 1

Dans le cas particulier du ressort symétrique, on a aussi :

σe =

2 × e × E × θ 2 × 22 × 21000 × 0.18 = 116.3Kg / mm² = L 1430

Calcul de la flexibilité transversale F1 =

T3 3⋅ E ⋅ I

()

avec I =

e0 B 3 11 × 70 3 = = 314416.66 mm 4 12 12

e0 : épaisseur final de la lame

C = cte = F1 =

e L

22 715

= 0.8227

⇒

e0 ² 11² = = 178.77 mm² C ² 0.8227²

178.77 3 = 0.00029 mm / Kg 3 × 21000 × 314416.66

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Bm est la longueur moyenne entre la largeur centrale et la largeur final : Bc + B f 66 + 70 Bm = = = 68 2 2

F 2 = 24

Ft =

(L − l )2.5 − T 2.5 3

5 ⋅ Bm ⋅ C ⋅ E

F1 + F2 2× n

= 24

(715 − 60 )2.5 − 178.772.5 5 × 68 × 0.8227 × 21000 3

= 0.0093mm / Kg

 L : demi entre axes avec l : demi partie plane

0.00029 + 0.0093 = 0.0048mm / Kg = 0.48mm / 100Kg 2 ×1

calcul de l’oeillet une bague emmanchée dans l’œil, lui applique une contrainte σ : e0 = 11mm 1 1    − σ = 11 × 21000 avec  Di : diamètre int erieur de l' oeillet  = 95.44 Kg / mm²  63.3 + 11 65 + 11   De : diamètre exterieur de la bague  à cette contrainte constante, il faut ajouter algébriquement la contrainte due aux forces horizontales H et notamment aux efforts longitudinaux d’accélération et de freinage qui sont supportée par l’œil fixe et à la composante horizontale appliquée par le jumelle sur l’œil articulé. Cette contrainte se calcul par la formule suivante : σ=

3 H (Di + e0 ) 3 × 1507 (63.3 + 11) = 39.65 Kg / mm² = B ⋅ e0 70 × 11²

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Analyse statique de 0009 MONOLAMAM

Auteur: CHBICHIB + TOUATI Société: COTREL Date: 02/05/2006 1. Introduction 2. Informations sur les fichiers 3. Matériaux 4. Informations sur les chargements et les déplacements imposés 5. Propriété d'étude 6. Contact 7. Contraintes 8. Déformations 9. Déplacements 10. Déformées 11. Contrôle de conception 12. Annexe

1. Introduction Résumer l'analyse FEM sur 0009 MONOLAMAM

Note: Ne basez pas vos décisions de conceptions uniquement sur les données présentées dans ce rapport. Utilisez ces informations en conjonction avec des données expérimentales et votre expérience pratique. Des test réels sont indispensables pour valider votre produit final. COSMOSWorks permet de réduire la durée de développement de vos produits en diminuant le nombre de tests réels, mais pas en les supprimant totalement. 2. Informations sur les fichiers Nom du modèle:

0009 MONOLAMAM

C:\CHBICHIB RAOUF\FIAT 70\SITUATION Emplacement du FINAL\NOUV ¨RPOPOSITION\monolama 9\0009 modèle: MONOLAMAM.SLDPRT Emplacement des résultats:

C:\Program Files\SolidWorks\COSMOS\work

Nom de l'étude:

4030 (-Défaut-)

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3. Matériaux No.

Nom de la pièce

Matériaux

0009 MONOLAMAM

50CrV4

Masse

14.065 kg

volumique

0.00182663 m^3

4. Informations sur les chargements et les déplacements imposés

Déplacement imposé1 <0009 MONOLAMAM> Description:

Force-1 <0009 MONOLAMAM>

Déplacements imposés sur 1 Face(s) Fixe.

Chargements sur 2 Face(s) appliquer force -4200 N Normal au plan selon le plan de référence sélectionné Plan2 avec une distribution uniforme

Chargement séquentiel

Description:

5. Propriété d'étude

Type de maillage:

Informations sur le maillage Maillage volumique

Mailleur utilisé:

Standard

Transition automatique:

Désactivé(e)

Maillage lissé:

Activé(e)

Vérif. du Jacobien:

4 Points

Taille de l'élément:

7.7945 mm

Tolérance:

0.38972 mm

Qualité:

Haute

Nombre d'éléments:

27754

Nombre de noeuds:

48211

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Qualité:

Informations sur le solveur Haute

Type de solveur:

FFEPlus

Option:

Effets thermiques inclus

Option thermique: Température sur le modèle Option thermique: Température de référence à déformation nulle: 298 Kelvin

6. Contact Etat du contact: faces en contact - Solidaires

7. Contraintes Nom

Type

Min

VON: Tracé contrainte 1 de von Mises

4679.65 N/m^2 Noeud: 29601

Emplacement

Max

(0.114181 7.99513e+008 mm, N/m^2 22.8214 mm, Noeud: 41867 699.006 mm)

Emplacemen t

(55.7205 mm, 0.0375 mm, 63.75 mm)

0009 MONOLAMAM-4030-Contraintes-Tracé1 JPEG

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8. Déformations Nom

Type

ESTRN: Tracé1 Déformation équivalente

Min

1.2148e008 Elément: 19138

Emplacement

Max

Emplacement

(0.809481 (41.5076 0.00257662 mm, mm, 23.8652 mm, Elément: 1.81297 mm, 24032 698.704 mm) 63.3204 mm)

0009 MONOLAMAM-4030-Déformations-Tracé1 JPEG

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9. Déplacements Nom

Type

URES: Tracé1 Déplacement résultant

Min

Emplacement

(10.95 mm, 0m Noeud: 0 mm, 951 -60 mm)

Max

Emplacement

0.0717598 m Noeud: 44372

(9.79167 mm, 60.7366 mm, 758.051 mm)

0009 MONOLAMAM-4030-Déplacements-Tracé1 JPEG

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10. Déformées Tracé no.

Facteur d'échelle

2.0993

0009 MONOLAMAM-4030-Déformée-Tracé1 JPEG

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11. Contrôle de conception

0009 MONOLAMAM-4030-Contrôle de conception-Tracé1 JPEG

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12. Annexe

50CrV4

Nom du matériau: Description: Source Matériau:

Entrée

Type de modèle de matériau:

Linéaire élastique isotropique

Nom de la propriété Module d'élasticité Coefficient de Poisson Module de cisaillement Masse volumique Limite de traction Limite d'élasticité Coefficient d'expansion thermique Conductivité thermique Chaleur spécifique

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Valeur 2.1e+011 0.28 7.9e+010 7700 1.4238e+009 1.2204e+009 1.3e-005 50 460

Unités N/m^2 NA N/m^2 kg/m^3 N/m^2 N/m^2 /Kelvin W/(m.K) J/(kg.K)

Type de valeur Constante Constante Constante Constante Constante Constante Constante Constante Constante

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CHAPITRE V PROCESSUS DE FABRICATION DES RESSORT A LAMES PHASE 10 : DECOUPAGE A FROID : Machine : Presse 200T. Paramètre de réglage : régler la butée à un longueur (L) indiqué sur la gamme de fabrication. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage du butée faire le contrôle du cinq (5)

premier lames découpés et une lame sur vingt suite du lot. Découpage des lames suivant une gamme de fabrication pour chaque article.

Le découpage se fait pour les lames dont la section multiplier par la contrainte ne dépasse pas la force de la presse.

F = l ⋅e⋅σ

Force de découpage

avec :

l : largeur de la lame. e : épaisseur de la lame. s : contrainte de cisaillement (pour un acier à ressort de dureté HB 293 – 302, s = 100Kg / mm² (voir savoir faire NHK japon).

Condition :

F > σ ⋅e

Etat d’entrée : barre en acier brute avec une section bien définit. Etat de sortie : voir Fig.30.a.

Fig. 31.a : barre découpée

Fig. 31.b : Chant de la matière à découper

PHASE 20 : TRONCONNAGE : Machine : Scie à ruban. Paramètre de réglage : régler la butée à un longueur (L) indiqué sur la gamme de fabrication. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage du butée faire le contrôle du cinq (5) premier lames découpés et une lame sur vingt suite du lot. Découpage des lames suivant une gamme de fabrication pour chaque article. Le découpage se fait pour les lames dont la section multiplier par la contrainte dépasse pas la force de la presse, c.a.d F < l ⋅ e ⋅ σ Etat d’entrée : barre en acier brute avec une section bien définit. Etat de sortie : voir Fig.30.a.. TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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PHASE 30 : POINCONNAGE A FROID : Machine : Presse 110T Paramètre de réglage : régler la butée à une côte par rapport à une référence (La) indiqué sur la gamme de fabrication. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage du butée, faire le contrôle du cinq (5) premier lames poinçonner et une lame sur vingt suite du lot. Poinçonnage à froid des lames suivant une gamme de fabrication pour chaque article. Le poinçonnage se fait pour les lames dont le rapport Condition :

F > σ ⋅e

Φ >1 e

Etat d’entrée : lames découpées (découpage à froid, tronçonnage). Etat de sortie : voir Fig. 31

Fig. 32: lame poinçonnée à froid

PHASE 40 : POINCONNAGE A CHAUD : Machine : Presse 80T. Four de chauffage. Paramètre de réglage : régler la butée à une côte par rapport à une référence (La) indiqué sur la gamme de fabrication. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage du butée, faire le contrôle du cinq (5) premier lames poinçonner et une lame sur vingt suite du lot. Poinçonnage à chaud des lames suivant une gamme de fabrication pour chaque article. Le poinçonnage se fait pour les lames dont le rapport

0 ,6 <

F > σ ⋅e

Φ <1 e

Condition : (D’après le savoir faire NHK s = 1/5 de la contrainte dans le cas d’un poinçonnage a froid. Etat d’entrée : lames découpées (découpage à froid, tronçonnage). Etat de sortie : voir Fig. 32

Fig. 33: lame poinçonnée à chaud

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PHASE 50 : PERCAGE : Machine : Perceuse verticale. Paramètre de réglage : régler la butée à une côte par rapport à une référence (La) indiqué sur la gamme de fabrication. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage du butée, faire le contrôle du cinq (5) premier lames percer et une lame sur vingt suite du lot. Perçage des lames suivant une gamme de fabrication pour chaque article.

Φ < 0 ,6 e

Le perçage se fait pour lames dont le rapport

Condition : si la condition de poinçonnage chaud n’est pas vérifie. Etat d’entrée : lames découpées (découpage à froid, tronçonnage). Etat de sortie : voir Fig. 33.

Fig. 34: lame percée

PHASE 60 : LAMINAGE PARABOLIQUE : Machine : Laminoir parabolique, presse 200T. Four de chauffage. Paramètre de réglage : introduire les épaisseurs et les segments formant le profil du laminage parabolique sur l’ordinateur de la machine. Réglage des deux galets d’étranglement pour éviter l’élargissement de la lame et garder une largeur constante après laminage. Réglage de la longueur à découper après laminage. Réglage de la position de marquage en creux. Réglage de la position de rognage. Réglage de l’entre axe de trou de rivet ou de cale s’il existe. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage, faire le contrôle dé la première lame laminée et une lame sur 100 suite du lot. Laminage des lames brutes suivant une équation parabolique spécifique pour chaque lame. Etat d’entrée : lames (découpage à froid, tronçonnage, poinçonnage à froid, poinçonnage à chaud et perçage). Etat de sortie : voir Fig.13. Exemple de détermination d’une épaisseur : Prenant la valeur de 16,35, il est situé par rapport a l’appui de

715 − (60 + 15 + 60 ) = 580mm

Appliquant la formule

E = 0 ,679 580 = 16 ,35 mm

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(SAVOIR FAIRE NHK)

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PHASE 70 : LAMINAGE CONVENTIONNEL : Machine / Presse 110T Machine excentrique de laminage. Four de chauffage. Réglage de deux matrices excentriques formant la pente demander sur la gamme de fabrication. Réglage de la longueur à découper après laminage. Réglage de deux matrices de rognage //. Réglage de l’entre axe de trou de rivet ou de cale s’il existe. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage, faire le contrôle dé la première lame laminée et une lame sur 20 suite du lot. Etat d’entrée : lame (découpée à froid, tronçonnée, poinçonnée à froid, poinçonnée à chaud et percée). Etat de sortie : voir Fig.34.a.

Fig. 35.a: détail laminage conventionnel Calcul de la longueur brute de la lame avant laminage :

b1 = 4 ,5 e × (e − eA) / e

( voir NHK japon )

Avec : e : épaisseur centrale de la lame. eA : épaisseur de l’extrémité de lame après laminage.

l2 =

tA × (e + eA)  b1  ×  1 +  Avec : e 2b  

l2 : longueur de la matière brute avant laminage. b : largeur de la lame. Exemple : Calcul de la valeur de l2

b1 = 4,5 9 × (9 − 3 ) / 9 = 9mm

l2 =

120 × (9 + 3 )  9  × 1 + × 100  = 84mm (2 × 9 )  2 

Fig. 35.b: TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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PHASE 80 : FORMATION DES ŒILLETS DE LA LAME MAITRESSE M1 : Machine : De formation des œillet à chaud. Presse 80T. Presse 150 T. Four de chauffage. Réglage de la longueur chauffée. Réglage du demi entre axe après formation. Réglage de la position de marquage en creux. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage, faire le contrôle du cinq première lame et une lame sur 10 suite du lot. Etat d’entrée : lame (découpage à froid, tronçonnage, poinçonnage à froid, poinçonnage à chaud, perçage et laminage parabolique). Etat de sortie : voir Fig. 35.a, Fig. 35.b . • Œillet normal. Cet œillet est soumis à la flexion, donc on calcule de l’épaisseur au niveau de l’œillet.

Fig. 36.a: œillet normal

• Œillet berlin. Cet œillet est soumis au cisaillement.

Fig. 36.b : œillet épaulé

Fig. 36.c: Machine de formation des oeillets TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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PHASE 90 : FORMATION M2 : L’opération de formation de la lame M2 est réalisée en deux stades : 1èr stade : Pliage extrémité. 2éme stade : formation M2.

Fig. 37.a: les étapes de formation des oeillets ª Cette opération est réalisée à chaud donc on doit calculer la longueur développer de l’œillet qui sera chauffer à un température de 1000 ° C. ª La lame M2 protège la lame M1 de choc et il garanti la liaison avec le véhicule en cas de cassure de la lame M1. Machine : Presse 150T. Four de chauffe. Presse NHK. Réglage : de la longueur chauffé. Réglage de la position de rognage. Réglage du premier et deuxième stade de formation. Réglage de l’entre axe après formation. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage, faire le contrôle du cinq première lame et une lame sur 20 suite du lot. Etat d’entrée : lame (découpage à froid, tronçonnage, poinçonnage à froid, poinçonnage à chaud, perçage et laminage parabolique). Etat de sortie : voir Fig. 36.b

Fig. 37.b: Outillage pour la formation de la lame M2

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PHASE 100 : TRAITEMENT THERMIQUE : Le chauffage des lames se fait dans un four de capacité 2500 Kg /h avec un cycle bien définit et une température de 930°C. Les étapes de traitement d’un ressort à lames sont les suivantes : ª Chauffage à une température de 930°C. ª Cambrage sur une machine destiné pour faire cette opération suivant un modèle ou un gabarit. ª Trempe dans un bain d’huile de température de 60 à 90°C/ ª Revenu dans un four de température 500°C (refroidissement lente). Machine : four de chauffage. Cycle de passage des lames. Machine de cambrage. Bain de trempe. Four de revenu. Réglage : Température de chauffe. Flèche après cambrage. Température de l’huile. Température du four de revenu. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage, faire le contrôle du cinq première lame et trois lames par heure suite du lot. Etat d’entrée : lame (poinçonnage à froid, poinçonnage à chaud, perçage, laminage parabolique, formation des œillets de la lame maîtresse et formation de la lame sous maîtresse). Etat de sortie : voir Fig. 37.

Fig. 38: SSP

PHASE 110 : GRENAILLAGE : Il existe deux types de grenaillage : ª Grenaillage simple : passage de la lame libre dans la machine, généralement cette opération destiné pour les lames conventionnel (Fig. 38.a). ª Grenaillage sous tension : passage de la lame dans un chariot sous une contrainte de 1600 MPa, cette opération destinée pour les lames paraboliques (Fig. 38.b). ª Le grenaillage a pour but de : ª Augmente la résistance à la corrosion. ª Augmente la résistance à la fatigue. ª Elimine la calamine. ª Elimine les contraintes résiduelles et ralentir la propagation des fissures s’il existe. Machine : Presse de grenailleuse. Chariot porte lame. Cabine de bombardement des grenailles. Réglage : de déplacement de la lame suivant la contrainte donnée (1600MPa). De l’ampérage de la machine. Précaution particulière : après l’arrangement et le réglage, faire le contrôle du cinq première lame et trois lames par heure suite du lot. TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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Etat d’entrée : lame après traitement thermique. Etat de sortie : voir Fig. 38.a, Fig. 38.b.

PL AT= 170

Fig. 39.a: Déflexion

Fig. 39.b: détail SSP

PHASE 120 : MEULAGE PARALLEL : Machine : meuleuse deux têtes. Réglage : de deux meules à la côte demander sur la gamme de fabrication. Précaution : contrôler les cinq premières lames et 100% suite du lot. Etat d’entrée : lame maîtresse après traitement thermique. Etat de sortie : voir Fig. 39.

Fig. 40: lame après meulage

PHASE 130 : ALESAGE ŒILLET : Machine : Aléseuse deux têtes. Réglage : de deux têtes d’alésage à la côte demander sur la gamme de fabrication. Précaution : contrôler les cinq premières lames et 100% suite du lot. Etat d’entrée : lame maîtresse après traitement thermique et meulage //. Etat de sortie : voir Fig. 40.

Fig. 41: tampon de control de l’alésage

PHASE 140 : MONTAGE DES BAGUES : Machine : Presse hydraulique. Réglage : de deux matrices supérieure et inférieure. Centrage de la lame par rapport à l’axe de la presse. Positionnement de la lame par rapport à la table de la presse. Butée de fin de course. TOUATI FAKHRI & CHBICHIB RAOUF

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Précaution : contrôler les cinq premières lames et 100% suite du lot. Etat d’entrée : lame maîtresse après alésage et meulage //. Etat de sortie : voir Fig. 41.

Fig. 42: bague montée dans l’œil

PHASE 150 : MONTAGE DES ETRIERS : Machine : Presse hydraulique. Réglage : de deux matrices supérieure et inférieure. Centrage de la lame par rapport à l’axe de la presse. Positionnement de la lame par rapport à la table de la presse. Précaution : contrôler les cinq premières lames et 100% suite du lot. Etat d’entrée : lame N° 2, 3, 4,5 … après grenaillage simple ou sous tension. Etat de sortie : voir Fig. 42.

Fig. 43: étrier

PHASE 160 : ASSEMBLAGE : Assemblage des composants (boulons centraux, écrous, cales en acier).

Fig. 44: ressort à lames assemblées

PHASE 17 : TESTE DE PRECONFORMITE : C'est à propos du ressort à lames que l'on comprend le plus facilement l'intérêt du traitement de pré conformation, qui consiste à charger un ressort au-delà du point où il commence à prendre une déformation permanente pour, en quelque sorte, l'endurcir.

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ISEFC Département science et tech. Surface en tension (+)

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Point de fluage

a) o

Surface en compréssion (-)

Fig. 45 .a . en (a), une lame subit une déformation élastique, le diagramme des contraintes est rectiligne, la limite d'élasticité est atteinte, mais non dépassée, au niveau des couches du métal les plus éloignées de la fibre neutre. en (b), on a dépassé la limite d'élasticité dans les zones superficielles qui fluent alors sous charge ; dans ces zones la contrainte peut être considérée comme constante et égale à la limite d'élasticité du métal. Contrainte normale

Contrainte résiduelle max Point de fluage

c) o

Axe neutre

d) o

Fig. 45.b. en (c), on a supprimé la charge, il subsiste une contrainte résiduelle de compression dans la zone qui était tendue et une contrainte résiduelle de tension dans celle qui était comprimée. Le moment non nul créé par ces contraintes résiduelles « externes » est équilibré par d'autres contraintes « internes » qui apparaissent simultanément. en (d), on a de nouveau appliqué des efforts de flexion, lesquels donnent naissance à des contraintes réparties selon un diagramme dont la forme est très différente de celui décrit sur la figure (a). La contrainte résiduelle se déduit, en surface, de la contrainte qui serait normalement exercée en l'absence de pré conformation, le ressort devient non seulement plus résistant en cas de surcharge, mais aussi moins sensible au phénomène de fatigue. Fluage Remarque : pour les procédés de fabrication ou d’usinage suivantes, découpage, sciage, perçage, poinçonnage ou laminage on doit faire le contrôle pour les cinq premières lames ensuite le contrôle se fait pour une lame sur vingt

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(Processus de production) : Organigramme de fabrication des ressorts à lames. Magasin matière première

Magasin accessoire

Perçage

Décalage ½ longueurs

Bague A : E2041094 Bague B : E2065093

Boulon E1018003

Rebut Contenaire rouge

Magasin produit fini

Assemblage - Contrôle de montabilité

Laminage parabolique

- Laminage A et B - Marquage côté B

- Découpage côté A - R-Corner

Assemblage - Montage des boulons et cale en acier

Rebut Contenaire s rouges

Tol-respectée Ø, haut et décalage

Aspect et epaisseur

Assemblage - Peinture finale Rognage Formation M1

flèche

Rebut Contenaire s rouges

½ entre axe et Ø 1/10

Assemblage -Essai de charge M2A

Rebut Contenaire s rouges

Contrôle demi entre-axe C 100%

Traitement thermique -Trempe - Revenu

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Rebut Contenaire s rouges

Flèche et dureté

Grenaillage sous tension - Déflexion - Couverage

flèche

Montage des bagues A et B C 100%

Peinture - Peinture primaire

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CONCLUSION Ce projet de fin d’études nous a été de grand apport et nous a permis de compléter et améliorer nos connaissances théoriques et pratiques dans le domaine de résistance de matériaux et en particulier dans la conception et la fabrication

des

ressorts

tenant

compte

des

souhaits

des

recommandations des clients. Cette étude a été menée en étroite collaboration avec la société COTREL qui nous a appuyé par des études de cas et de l’état d’avancement de la technologie dans ce domaine. Cependant, cette collaboration était très fructueuse et nous espérons avoir abouti les objectifs tracés à savoir le développement de manuel de conception des ressorts à lames.

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BIBLIOGRAPHIE Livres

Editeurs

1) Guide du calcul en mécanique (1993/1994)

D. SPENLE R. GOURHANT

2) Technique de l’ingénieur

MICHEL DUCHEMIN

3)Aide-mémoire (résistance des matériaux ) ( 8e édition 2004)

JEAN GOULET JEAN-PIERRE BOUTIN

4) Wikibooks 5) Notes de cours (U.V : GM-GE I 107 1 ) résistance des matériaux

SLAMA SAHBI

6) Les ressorts (théorie et pratique avec développement sur la fabrication ) (1964)

ARMAND G. LIGIER

7) Cahier des charge

RENAULT FIAT AUTO IVECO

8) Conception et réalisation des ressorts industriels de qualité

ARMAND G. LIGIER

9) Les traitements thermiques des aciers en construction mécanique

CETIM

10) Guide mécanique (sciences et technologies industrielles) . (1994)

JEAN LOUIS PONCHON

11) Guide mécanique (sciences et technologies industrielles) (1996)

JEAN LOUIS PONCHON

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