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PolskaFacteurs À Prendre En Compte Lors De La Sélection D'une Matière Première Pour Les Rondelles Ressort
par John Valvoda - Spécialiste des applications avec rondelles ressort
Télécharger ce livre blancLes rondelles ressort sont des composants fonctionnels idéaux pour obtenir des forces constantes et prévisibles sur des distances de déplacement spécifiées. Contrairement à d'autres types de ressorts, y compris les rondelles Belleville, les rondelles ressort ont une durée de vie prévisible qui être calculée. La fiabilité et la prévisibilité de ces ressorts de haute performance sont inégalées. Bien que les rondelles ressort ressemblent à une simple rondelle conique, le processus de sélection du bon rondelles ressort ou de la bonne pile de rondelles ressort est assez technique.
Le choix du matériau approprié pour la rondelle ressort est tout aussi important que le choix de la taille de la rondelle ressort pour votre application. La raison en est que les facteurs liés aux matières premières sont influencés par :
1. La force
2. Environnement opérationnel
3. Durée de vie en fatigue
4. Coût
Vous trouverez ci-dessous une vue d'ensemble des (4) variables susmentionnées et de la manière dont chacune d'entre elles peut affecter la sélection du matériau du rondelles ressort.
Figure 1
Les ressorts à disque sont disponibles dans différents types de matériaux. Sur cette photo, les ressorts à disque sont présentés en acier au carbone (à gauche) et en acier inoxydable 17-7 (à droite).
La force
En général, les rondelles ressort en acier au carbone et en acier allié sont les plus performantes en raison de leur capacité à être "élastiques". L'acier au carbone et l'acier allié (également connu sous le nom d'acier à ressort) sont également exceptionnellement durables et résistants à la fatigue lorsqu'ils sont traités thermiquement. En général, un Rondelles ressort en acier au carbone ou en acier allié produit une force supérieure (5 à 6 % de plus) à celle d'un ressort en acier inoxydable 301 ou 17-7 de la même taille. Si l'acier à ressort peut offrir des performances supérieures dans un environnement ordinaire, ses performances peuvent commencer à diminuer à des températures plus élevées. Les rondelles ressort en acier inoxydable offrent une meilleure résistance à la température, mais ne maintiennent pas leur la force engendrée à des températures extrêmes aussi bien que les matériaux exotiques tels que les rondelles ressort en Inconel. Dans les situations où une protection contre la corrosion est souhaitée, l'ingénieur concepteur doit examiner le rapport coût-efficacité entre l'utilisation de 2 ou 3 rondelles ressort en acier inoxydable en parallèle et celle d'un Rondelles ressort en acier au carbone ou en acier allié recouvert de zinc mécanique ou d'ArmorGalv® (un revêtement de diffusion thermique en alliage de zinc) - les deux options permettant d'obtenir la même force.
| Matériaux courants des rondelles ressort | Grade | Module d'élasticité |
| Acier allié | 51CrV4 (1.8159) / UNS G61500 | 206 GPa |
| Acier à haute teneur en carbone | C67S (1.1231) / UNS G10700 | 206 GPa |
| Acier inoxydable 301 | X10CrNi18-8 (1.4310) / UNS 30100 | 190 GPa |
| Acier inoxydable 17-7 | X7CrNiAl17-7 (1.4568) / UNS S17700 | 200 GPa |
| INCONEL® Alliage X-750 | NiCr15Fe7TiAl (2.4669) / UNS N07750 | 214 GPa |
Tableau 1
Considérations relatives à l'environnement d'exploitation
La décision de sélectionner la matière première pour les rondelles ressort peut être assez complexe si l'on considère tous les paramètres. Les températures de fonctionnement et le potentiel de corrosion constituent un facteur majeur dans la sélection du matériau et/ou du revêtement.
Par exemple :
- Dans une application aérospatiale où des températures extrêmes entrent en jeu, une rondelle ressort en Iconel est-elle judicieuse ? Peut-être, mais vous pouvez aussi envisager d'utiliser des rondelles ressort en acier inoxydable 17-7 dans une configuration différente pour obtenir les performances souhaitées dans l'assemblage. L'acier à ressorts peut ne pas résister aux environnements corrosifs. Dans ce, en particulier dans les applications dynamiques, l'acier inoxydable 17-7 peut être la meilleure option.
- Dans les systèmes de freinage, le besoin de longévité est primordial. La propreté est essentielle pour éviter que des débris ne pénètrent dans la conduite de frein. À première vue, l'acier inoxydable semble être le choix le plus évident. Mais que se passe-t-il si, dans l'application, les rondelles ressort sont immergés dans du liquide hydraulique ? Les rondelles ressort en acier au carbone et en acier allié non revêtus auront des performances supérieures à un coût inférieur et les rondelles ressort immergés dans le liquide hydraulique seront protégés de la corrosion.
Durée de vie en fatigue
Le choix du matériau d'une rondelle ressort influe sur la durée de vie estimée en fatigue dans une application. Le facteur le plus important de la durée de vie en fatigue des rondelles ressort est la proximité de la contrainte imposée au rondelles ressort rapport à la résistance à la traction ou à la limite d'élasticité du matériau brut. Le facteur secondaire est la différence entre les contraintes maximales et minimales pendant le cycle. Des différences plus importantes se traduisent par une durée de vie en fatigue plus courte. Un autre facteur important à prendre en compte est la manière dont la rondelle ressort est utilisé dans l'application. Le ressort est-il dans une application statique, dynamique ou d'impact ? Dans une application dynamique, l'acier inoxydable de la série 300 durcira et aura potentiellement une durée de vie plus courte par rapport à l'acier inoxydable 17-7 et à l'acier au carbone/allié. La durée de vie en fatigue du ou des rondelles ressort dans l'application spécifique doit être calculée avant de prendre une décision finale.
Coût
Il est évident que plus la matière première est exotique, plus le prix de la rondelle ressort sera élevé. Cependant, le coût est-il le principal facteur déterminant ? Un matériau plus exotique qui dure plus longtemps sans nécessiter de remplacement sera-t-il plus rentable dans l'ensemble ? Ou bien une rondelle ressort fabriqué à partir d'un matériau standard disponible dans le commerce, qui devra être remplacé plus fréquemment, se traduira-t-il par un coût global inférieur, compte tenu de la durée de vie souhaitée de l'assemblage ? Le coût n'est pas aussi simple qu'il n'y paraît.
Tableau de la durée de vie à la fatigue :
1.25mm≤ t≤ 6.0mm
Figure 2
Estimation de la durée de vie à la fatigue du ressort à disque DSC 50 x 25,4 x 2
Y = Contrainte différentielle maximale, N/mm2
X = Contrainte de traction minimale, N/mm2
Conclusion
De nombreux facteurs doivent être pris en compte pour déterminer la matière première la plus appropriée pour une application spécifique. Il est recommandé de travailler avec des ingénieurs d'application spécialisés dans la conception et la fabrication de rondelles ressort et d'empilages de rondelles ressort afin de s'assurer que la matière première appropriée est sélectionnée pour répondre aux exigences techniques et commerciales souhaitées.
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