Brevet FR2199600A1 — publié le 19740412

L'invention a pour objet un dispositif de calcul des ressorts et, plus particulièrement, un dispositif permettant, connaissant les conditions à remplir par un ressort bobiné, de déterminer de façon simple quelles sont les caractéristiques mécaniques des ressorts acceptables0 On sait déjà calculer les ressorts par des techniques courantes, éventuellement en utilisant la règle à calcul. Mais ce mode de calcul, lent et pénible, ne donne que les caractéristiques d'un ressort acceptable à la fois. On a également réalisé des règles à calcul constituant un abaque à points alignés avec coordonnées mobiles. L'emploi de cette règle est compliqué. De plus, si on veut lui conserver des dimensions raisonnables, elle ne peut couvrir qu'une gamme relativement peu étendue de ressorts. La présente invention vise à fournir un dispositif de calcul de ressorts bobinés, ce terme devant être interprété comme désignant les ressorts hélicoldaux aussi bien que les ressorts coniques, travaillant en compression ou en traction, dispositif de construction et d'emploi simples, permettant de calculer une gamme très'étendue de ressorts avec un seul et même dispositif. Dans ce but l'invention propose notamment un dispositif de calcul permettant, connaissant quatre des six grandeurs intervenant dans la relation 3 64.p.R. n - 1 G.d4. F qui relie la charge P (en N) appliquée au ressort, le rayon R moyen du ressort (en mm) le diamètre d (en mm) du fil constituant le ressort, la flèche F (en mm) prise par le ressort sous la charge P, le nombre n de spires utiles du ressort et le module d'élasticité G (en N/mm2) transversale du matériau constituant le fil, de déterminer les couples convenables des deux valeurs restantes, dispositif comprenant : une règle délimitant un couloir à bords parallèles ; et deux réglettes adjacentes pouvant glisser dans le couloir parallèlement l'une à l'autre ; les bords en regard de la règle et des réglettes étant munis de graduations donnant G, F et d du mdme cbté de toutes les arêtes de contact et, en regard de celles-ci, P, R et n; les échelles par décade des graduations R et d étant respectivement trois fois et quatre fois supérieures aux autres et les graduations étant décalées entre elles de façon à remplir la dite relation. Dans un mode particulier de réalisation particulièrement avantageux, la règle porte le long d'un premier bord du couloir une graduation logarithmique donnant le module G à une première échelle, et, sur le second bord du couloir, une graduation logarithmique donnant le nombre de spires utiles à la même échelle, tandis que la première réglette présente, sur l'arête en regard du premier bord, une graduation donnant la charge appliquée P à la dite échelle et, sur son autre arête, en regard de la seconde réglette, une graduation logarithmique à ladite échelle donnant la flèche F et que la seconde réglette présente sur son arête adjacente à la première réglette une graduation donnant le rayon moyen R à une échelle triple de la première, et,sur l'arête qui fait face à la graduation n, une graduation logarithmique donnant le diamètre d du fil constitutif du ressort à une échelle quadruple de la première. Dans la pratique, les paramètres donnés seront G, P, F et R et la règle permettra de voir d'un seul coup d'oeil quels sont les couples de valeurs d et n qui répondent au problème posé, sous réserve que soit également remplie la condition de résistance au glissement du matériau constitutif. En particulier, on verra directement apparrtre, en face de chaque valeur normalisée de d, le nombre de spires convenable. Le support constituant la règle porte avantageusement une troisième réglette, les bords en regard de la troisième réglette et du couloir qui la contient portant, dans un sens, des graduations logarithmiques donnant à une première échelle la charge appliquée P et le rayon moyen R et, dans l'autre sens, le diamètre b à une échelle triple et la résistance pratique au glissement Rp à la première échelle, les échelles étant décalées de manière à répondre à la formule P,R 1 0,2.Rpcd3 Les trois réglettes sont avantageusement disposées de façon à dtre vues du même coté du support formant la règle, bien qu'on puisse les mettre sur les faces opposées de façon à diminuer la largeur de la règle. Cette seconde réglette permet de vérifier immédiatement que le diamètre choisi répond bien à la condition de résistance au glissement. Par ailleurs, pour augmenter la gamme de caractéristiques que permet de couvrir un seul et même dispositif, une ou plusieurs des réglettes peuvent porter des graduations qui débutent d'un côté de la réglette et continuent au dos de celui-ci. I1 est particulièrement avantageux de graduer ainsi la réglette sur laquelle sont indiqués le rayon moyen et le diamètre du fil constituant le ressort. Le dispositif peut évidemment comporter aussi bien des réglettes rectilignes que des réglettes annulaires, la seconde solution se piratant toutefois moins bien à l'emploi de réglettes graduées sur leurs deux faces ou à l'emploi de règles comportant des réglettes interchangeables. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif constituant un mode particulier de mise en oeuvre et d'une variante, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui 1' accompagnent et dans lesquels la figure 1 montre schématiquement la face avant d'une règle à calculer les ressorts hilicoSdaux à réglettes droites; la figure 2 est un schéma illustrant les paramètres qui entrent en jeu dans les calculs d'un ressort travaillant en compres- sion ; la figure 3 est une vue partielle d'une règle constituant une variante de celle illustrée en figure 1, les réglettes étant décalées et occupant les positions correspondant au calcul d'un ressort répondant' à des conditions particulières détermines. Avant de passer à une description complète du dispositif, il peut être utile de rappeler brièvement les formules fondamentales de calcul des ressorts hélicordaux qui par le passé ont été en général résolues n utilisant une règle à calcul courante. Les deux formules de base de calcul des ressorts bobinés correspondent 1' une à la détermination des caractéristiques mécaniques pour réaliser les conditions imposées, l'autre à la vérification que le calcul effectué à l'aide de la première formule ne conduit pas à des contraintes incompatibles avec la limite de la résistance pratique au glissement du matériau constituant le ressort. Sous une présentation légèrement différente de celle adoptée plus haut, ces formules sont 64. P.R3. n F = 4 (1) G.d P.R 02 d3 t P.R (2) Rp les unités étant celles déjà énumérées La formule (1) exprime la condition que, le matériau à utiliser étant préalablement défini ainsi que le rayon du ressort, ce ressort prend la flèche F sous la charge P.Elle permet de déterminer les couples de valeurs (n, d) répondant à cette condition. Une fois cette condition remplie, la formule (2) permet de vérifier que le diamètre choisi pour le fil correspond à une résistance pratique au glissement du matériau constituant le fil qui ne dépasse pas la contrainte maximum pour le matériau choisi. Cette seconde formule permet de vérifier que les contraintes ne risquent pas de déformer ou meme de rompre le ressort en service. Etant donné que les formules (1) et (2) ne font intervenir que des produits et des divisions sur les paramètres, il est possible d'effectuer les calculs correspondants en ajoutant ou en retranchant des segments dont la longueur est proportionnelle au logarithme des divers paramètres qui interviennent, les décades étant représentées par une longueur triple ou quadruple lorsque le paramètre correspondant apparut avec l'exposant 3 ou 4 dans la formule. La règle illustrée en figure 1 est constituée sur ce principe. Elle se compose d'un support fixe, désigné dans son ensemble par la référence 10, et de réglettes coulissantes. Le support fixe est constitué de deux plaques en matière plastique transparente (chlorure de polyvinyle par exemple), de même dimension, et de trois entretoises. Les trois entretoises sont constituées par des bandes 11,12 et 13 de mC?me épaisseur, en chlorure de polyvinyle opaque par exemple, qui délimitent deux couloirs de circulation des réglettes. Les plaques avant et arrière et les bandes entretoises 11, 12 et 13 sont assemblées par des moyens quelconques appropriés, tels que des rivets 14. Dans le couloir limité par les bandes entretoises 11 et 12 coulissent deux réglettes 15 et 16, destinées à permettre le calcul suivant la formule (1) ci-dessus. Dans le couloir délimité par les bandes entretoises 12 et 13 coulisse une réglette 17 destinée à vérifier que les résultats einsi obtenus satisfont la formule (2), encore appelée inéquation d'équarrissage. La bande entretoise 11 porte le long du couloir une graduation logarithmique donnant le module d'élasticité transversale G. L2 graduation peut être en Newton par mm2 ou, pour faciliter les calculs en daN/mm2. En effet on peut assimiler pratiquement 1 daN et 1 Kg et cette dernière unité correspond mieux aux besoins courants que le Newton. Il suffit pratiquement que la graduation aille de 2000 à 10000daN/mm2 pour couvrir tous les cas courants. La réglette 15 porte le long de l'rrête qui fait face à la bande entretoise 11, une graduation donnant P en N ou en daN suivant le )cas. Il suffit pratiquement que l'échelle aille de 1 N à 100.000 N. La réglette 15 porte le long de l'autre arête une graduation logarithmique, à la memé échelle que les deux précédentes, donnant la flèche F en mm. Il suffit que cette graduation aille de 1 mm à 1000 mm pour correspondre à tous les cas courants. La réglette 16 porte des graduations donnant R en mm et D en mm également. Etant donné que R apparait avec l'exposant 3 et d avec l'exposant 4 dans la formule cul), les échelles correspondantes seront très dilatées par rapport aux précédentes et on aura intérêt à prévoir sur la même réglette un début de graduation au verso et la suite de la graduation au recto, avec un recouvrement. Dans le cas illustré sur la figure 1, les graduations vont au verso de 1 à 50 mm pour R et de 0,4 à 7 mm pour d. Dans ce cas la graduation au verso pourra aller de 15 à 700 mm pour R et de 2,5 à 50 mm pour d. On voit qu'il s'attache un intérêt particulier au fait de munir la même réglette des graduations R et d puisqu'il suffit d'imprimer recto-verso une seule des réglettes et n > n pas les deux, comme ce serait le cas pour arriver au même résultat si R et d apparaissaient sur des réglettes différentes. Enfin , face à la graduation d apparait sur l'entretoise 12 la graduation donnant n. Id troisième réglette 17 porte une graduation logarithmique supérieure donnant encore d en mm et une graduation inférieure donnant R. La bande entretoise 12 porte la graduation P et la bande entretoise 13 la graduation Rp La longueur par décade sera la meme pour P, R et Rp et triple de la précédente pour d. A titre d'exemple seront maintenant décrites les étapes essentielles du calcul d'un ressort à l'aide d'une règle suivant l'invention, en faisant référence aux figures 2 et 3. Sur la figure 2 sont indiqués les paramètres entrant en jeu: F est la flèche prise par le ressort lorsqu'on passe de la charge PO au repos à la charge P1 . On supposera que les paramètres imposes sont les suivants P1 P1 - Po = 40 N F = 10 mm R = 10 mm On supposera également que l'on souhaite utiliser un matériau dont le module d'élasticité transversale G est de 80.000 N/mm2 et ne permet pas de dépasser une valeur R = 600 N/mm2. p La règle illustrée en figure 3 ( où une fraction seulement des échelles a été montrée pour plus de simplicité) est d'un type légèrement différent de celui de la figure 1. Le support 10' est en plastique moulé et délimite un couloir supérieur de guidage des réglettes 15' et 16', muni de glissières. Les réglettes 15' et 16' comportent de leur côté des glissières et rainures appropriées, dont l'une apparat en 18. Pour effectuer le calcul on commence par déplacer la réglette 15' pour faire coincider l'index 80.000 N/mm2 et l'index 40 N. On déplace ensuite la réglette 16' pour faire coïncider les index 10 mm. On peut lire alors, sur la graduation inférieure de la ré- glette 16' et la graduation de la bande entretoise 12' qui lui fait: face, les couples de valeurs n,D. On peut, par exemple, adopter pratiquement 6 spires et un diamètre de fil de 2,1 mm ou 5 spires avec un diamètre de 2 mm. Il faut ensuite vérifier, à l'aide de la partie inférieure de la règle (non représentée en figure 3) que la résistance pratique au glissement ne dépasse pas la valeur extrême que l'on s'est donnée. Le calcul, qu'il n'est pas nécessaire de détailler ici, conduit pour 2,1 mm à une valeur de 32 N. Enfin, on vérifie que le pas du ressort ne dépasse pas le tiers du diamètre moyen et que les spires ne deviennent pas jointives en charge : ces vérifications sont très simples et peuvent être faites sans recours à un instrument de calcul. L'invention est évidemment susceptible de nombreuses variantes. En particulier, au lieu d'une graduation en rayon moyen R, on peut utiliser une graduation en diamètre moyen de ressort ou même en diamètre extérieur, dans le dernier cas au prix d'une approximation qui reste acceptable. La règle permet par ailleurs de calculer les ressorts coniques à condition de multiplier G par un facteur correctif k lié au rapport entre la grande base et la petite base du ressort. Les valeurs des coefficients correctifs (certains tenant compte d'autres données, notamment l'effet de courbure qui est fonction du rapport entre le diamètre moyen du ressort et diamètre du fil)peuvent être donnés sous forme de tableaux imprimés au dos de la règle. REVENDICATIONS 1. Dispositif de calcul de ressorts bobinés, caractérisé en ce qutil comprend une règle délimitant un couloir à bords parai- lèles et deux réglettes adjacentes pouvant glisser dans le couloir parallèlement l'une à l'autre; les bords en regard de la règle et des réglettes étant munis de graduations donnant G, F et d, du même côté de toutes les arêtes de contact et, en regard de celles-cis P R et n,les les échelles par décade des graduations R et d étant respectivement trois fois et quatre fois supérieures aux autres et les graduations étant décalées entre e ll es de façon à remplir la relation 64 P R3 n 64 P R n 1 1 Gd F qui relie la charge P (en N) appliquée au ressort, le rayon R moyen du ressort (en mm) > le diamètre d (en mm) du fil constituant le ressort, la flèche F (en n) prise par le ressort sous la charge P, le nombre n de spires utiles du ressort et le module d'élasticité transversale G (en N/n2) du matériau constituant le fil. 2. Dispositif suivant la revendication i, caractérisé en ce que la règle porte le long d'un premier bord du couloir une graduation logarithmique donnant le module G à une première échelle, et, sur le second bord du couloir, une graduation logarithmique donnant le nombre de spires utiles à la mdme échelle, tandis que la première réglette présente sur ladite en regard du premier bord, une graduation donnant la charge appliquée P à la dite échelle et, sur son autre ardue, en regard de la seconde régletté, une graduation logarithmique à ladite échelle donnant la flèche F et que la seconde réglette présente, sur son arête adja cente à la première réglettewune un e graduation donnant le rayon moyen R à une échelle triple de la première, et, sur l'arête qui fait face à la graduation n, une graduation logarithmique donnant le diamètre d du fil constitutif du ressort à une échelle quadruple de la première. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'une des réglettes ou les deux sont retournables et portent des graduations qui commencent d'un côté de la réglette et se prolongent au dos. 4. Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 3, carac térisé en ce que le support constituant la règle porte une troisième réglette, les bords en regard de la troisième réglette et du couloir qui la contient portant, dans un sens, des graduations logarithmiques donnant à une première échelle la charge appliquée P et le rayon moye R et, dans l'autre sens, le diamètre b à une échelle triple et la résistancc pratique au glissement Rp à la première échelle, les échelles étant décalées de manière à répondre à la formule P . R =1 0,2. Rp. d3 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les trois réglettes sont disposées de façon à être vugdu meme côté du support. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les échelles sont rectilignes ou circulaires. 7. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde réglette et elle seule est graduée sur ses deux faces, chaque graduation commençant d'un côté et se prolongeant de l'autre avec un recouvrement entre les deux fractions,