Comment calculer la force d’un ressort de compression

Le calcul de la force d’un ressort (en Newton) est le produit de sa course F en mm par sa constante k (ou raideur) en N/mm. Le diamètre du fil, le nombre de spires et 5 autres critères influent donc sur ce résultat.

Voici la liste des 7 éléments à prendre en compte pour caractériser un ressort de compression droit :

• Le diamètre de fil (d)
• Le diamètre moyen de l’enroulement (D)
• Le nombre de spire total (nt) (ou le nombre de spire actives (n))
• Le pas du ressort
• La longueur libre (L0)
• Le choix de la matière
• Le type d’extrémités

Le nombre de spire active (n) correspond au nombre de spire totale (nt) auquel on retire le nombre de spire mortes. Les spires mortes correspondent aux spires aux extrémités (qui peuvent parfois être meulées).

Le Rapport d’enroulement

Le rapport d’enroulement d’un ressort est aussi un paramètre à vérifier pour la réalisation d’un ressort hélicoïdale droit. D’après la norme EN 13906-1, il doit être compris entre 4 et 20 pour de l’enroulement à froid (avec une préférence en 7 et 14) :

• En dessous de 4, l’enroulement du ressort sera trop serré et peut avoir des zones de faiblesses / fragilité sur l’intérieur de l’enroulement.
• Au-dessus de 20, le ressort sera compliqué à mettre en forme et les charge seront plus dures à tenir.

Nota : les ressorts de compression peuvent évidemment sortir de cette fourchette, mais nous ne pourrons pas en certifier un bon fonctionnement.

De ces paramètres en est déduit une raideur (k, en N/mm), ainsi que la plage d’utilisation optimale du ressort de compression. Cette raideur se trouve via l’équation suivante :

G est le module de cisaillement. Il correspond à la déformation propre à chaque matériau face à un effort de cisaillement. Il s’exprime en Mégapascal (MPa) ou bien en Newton par millimètre carrés (N/mm²).

Ce module est donc différent en fonction des matières constituant le ressort. Par exemple, pour un acier de la norme EN 10270-1, G = 81500 MPa (soit 81500 N/mm²), pour un inox de la norme EN 10270-3 (du type inox 302), G = 73000 MPa, et 79000 MPa pour un inox Duplex…

La charge d’un ressort correspond à la force qu’a le ressort pour une hauteur donnée. Il faut donc multiplier la raideur du ressort par la flèche d’utilisation afin de la trouver.

Grâce à l’utilisation de logiciels de calculs, nous pouvons alors déterminer les charges P1 (en Newton) pour une longueur L1 exprimée en millimètre et pour une flèche de travail F1 (mm), P2 pour une longueur L2 et une flèche F2, … et ainsi de suite en fonction du nombre de points de charge que vous souhaitez atteindre.
Si votre plan précise une ou plusieurs charges, les ressorts, lors de leurs fabrications, passent un test de charge aux hauteurs souhaitées afin de vérifier que les charges obtenues sont celles attendues.

La variation des dimensions entre chaque ressort d’une série est réglementée entre autres par la norme EN 15800, possédant 3 grades de qualité possibles. Ce choix de grade jouera – sur le prix du ressort – mais surtout sur l’unicité des charges du batch de votre besoin.

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