Sens de montage d'un ressort

Oula, calcul complique qui va devoir intégrer la variation de raideur du ressort et l'importance de la sollicitation (contrairement au ressort de soupape qui va avoir un déplacement fixe, seule la fréquence change) ,on peut penser que sur de petites bosses le ressort ne change de position que dans sa partie souple...Si celle-ci est situé sur la partie mobile de la fourche.
Dans le cas inverse , spires serrées sur appui fixe, c'est tout le ressort qui va bouger lorsqu'elles s'écraseront est il y aura plus d'inertie et une masse non suspendue et en mouvement, plus grande...
D'ou aussi l'intéret de monter du linéaire!^^
Mais a mon sens cela reste négligeable par rapport aux forces des sollicitations de la suspension.


Oui, ressort conique et si le resserrement des spires va vers un assouplissement du ressort la réduction du diamètre du ressort va vers un durcissement (mais bon les ressorts sont quand mème progressifs, vu que si la partie finale se réduit pour s'adapter au guide le resserrement des spires est plus important que celui du diamètre.
La CBR 600 2005 a une fourche a cartouche mais cette cartouche n'est pas fermée: l'huile extérieure peut passer dans le mécanisme et ne sert pas qu'a la lubrification

Pour la raideur c'est un vrai casse-tête, pour l'importance de la sollicitation j'ai une petite base de données de bancs d'essais pour suspensions, j'adopterais éventuellement les vitesses plus élevées adoptées par les pro.

Et si , le 800 VFR a bien une fourche à cartouche et relativement raide contrairement au tapis volant évoqué par sergeï ( huile toujours en SAE 5 ou 10 ).
Pour les ressorts de soupapes je reste interrogatif et curieux, j'ai reluqué de près des ressorts en stock dans mes pièces: Austin Cooper S : Kent Cam hard, Jaguar XK, BMW K 100 ( mono ressort), les autos ont 4 spires complètes ( 4,5 en nomenclature sur RTA), les BM ont 3 spires complètes. Les dimensions extérieures sont très voisines. Pas de variation de pas d'enroulement! d'accord ce ne sont pas des mécaniques très récentes.

Au temps pour moi !

Relativement raide, je veux bien te croire, les vfr m'intéressaient en 750 avec beaucoup moins de kilos, mais je n'ai pas cherché a essayé le dernier modèle (mais ce doit etre pas mal, hein!^^).
Il n'y a pas non plus une cartouche fermée dans la fourche, le niveau d'huile a donc son importance.

LDA a écrit:

Quand on installe un ressort progressif dans une fourche on prend soin de mettre les spires plus serrées en haut, pour une question de masses suspendues...

Mais alors – et voilà ma question – pourquoi pour les amortisseurs arrière on voit les spires resserrées montées quelques fois côté châssis et d'autres fois côté bras oscillant ?
Cela est particulièrement évident avec les combinés doubles...

Même si, du point de vue pratique, l'enjeu est d'une importance limitée (la différence entre les deux sens de montage est généralement assez faible), la question soulevée par LDA est intellectuellement intéressante.
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Le problème se pose ainsi :
_ Le ressort est lié, d'une part à la masse suspendue, et d'autre part à la masse non-suspendue.
_ On veut savoir quelle proportion de la masse du ressort peut être considérée comme faisant partie de la masse suspendue et quelle proportion peut être considérée comme faisant partie de la masse non-suspendue.
_ Étant donné, comme le rappelle LDA, qu'on a intérêt à ce que la masse non-suspendue soit la plus faible possible – pour des raisons de confort (un peu) et de grip (beaucoup). *


Pour les spires d'extrémité, c.-à-d. celles qui sont jointives et ne sont là que pour servir d'appui, la réponse est évidente : celles-ci viennent s'ajouter à la masse suspendue totale pour les unes, et à la masse non-suspendue totale pour les autres.

Mais qu'en est-il pour les spires utiles, celles qui bougent quand on comprime le ressort ?

Avant d'aller plus loin, il faut bien voir que, lorsqu'on applique une force sur un ressort, la déformation de compression qui en résulte ne dépend pas de l'angle d'enroulement des spires, comme le montrent les formules suivantes. **

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F : force appliquée   [N]                           d : diamètre du fil     [mm]                             D : diamètre moyen d'enroulement    [mm]
G : module d'élasticité en cisaillement (~ 80 000 N/mm² pour l'acier)                               n : nombre de spires utiles

X1 : écrasement pour une spire    [mm]
Xn : écrasement pour l'ensemble du ressort (n spires utiles)    [mm]

Prenons l'exemple d'un ressort de 13 spires utiles et de raideur k = 12 N/mm.
Si on lui applique une force de 156 N, il s'écrasera de 156 / 12 = 13 mm, soit 1 mm par spire.

Donc, l'application de cette force de 156 N aura pour effet de faire avancer la première spire de 1 mm, la seconde de 2 mm, la troisième de 3 mm, ..., la douzième de 12 mm, et la treizième et dernière de 13 mm. Et ceci, quel que soit l'écartement initial entre les spires.
On pourrait affiner le décompte, en notant que la première demi-spire avance de 0,5 mm, etc.
On observerait de même que le premier dixième de la première spire avance de 0,1 mm, le seconde dixième de 0,2 mm ...

En fait, sous l'effet de la force appliquée, chaque élément de ressort avance d'une quantité proportionnelle à la longueur du fil comptée depuis le côté fixe.

Dans le cas d'une force variable, et à condition que les fréquences mises en jeu pour cette variation soient nettement inférieures à la fréquence propre de résonance du ressort – ce qui est toujours le cas pour un ressort de suspension*** – on retrouvera cette proportionnalité pour les vitesses de déplacement des différentes parties du ressort ainsi que pour leurs accélérations.

_   Si l'ensemble du fil constituant les spires utiles a pour longueur L et pour masse M, une petite portion de fil de longueur dl aura une masse dm = M x (dl / L).
_   Si γ est l'accélération à laquelle est soumise la face d'appui mobile du ressort, l'accélération de cet élément de fil aura pour valeur γ x (l / L)
l étant la longueur de fil comptée entre cet élément et le début de l'enroulement, côté fixe.
_   Et la force nécessaire pour provoquer cette accélération aura pour valeur dF = [ M x (dl / L) ] x [ γ x (l / L) ] = Mγ/L² x l x dl.

En intégrant cette expression de 0 à L, on trouve que la partie de la force appliquée au ressort nécessaire pour vaincre son inertie a pour valeur F =  ½ Mγ.
Donc, pour prendre en compte l'inertie du ressort, il suffit d'ajouter à la masse mobile une masse égale à la moitié de la masse des spires utiles du ressort.

Ainsi, la pratique consistant à prendre en compte l'inertie d'un ressort de suspension en affectant 50% de sa masse à la masse suspendue et les autres 50% à la masse non-suspendue est parfaitement justifiée – tant que le nombre de spires d'extrémité (spires d'appui jointives) est le même de chaque côté.

Pour en revenir à la question soulevée par LDA
Dans le cas d'un ressort à double pas, et plus généralement à pas variable :
Quand le ressort travaille sur la partie souple de sa courbe caractéristique (spires non jointives), son inertie ne dépend pas du tout de son sens de montage.
Quand on arrive sur la partie raide (spires rapprochées devenues jointives), sa masse équivalente est plus grande du côté des spires rapprochées.

On a donc toujours intérêt à positionner le ressort avec les spires rapprochées du côté de la masse suspendue.


Quant à savoir pourquoi, dans les années 60 et 70, les spires resserrées des amortisseurs arrière étaient situées du côté du bras oscillant (donc côté non-suspendu) – contrairement à la logique technique – je pense qu'il s'agit simplement d'une manifestation de comportement panurgien (ce qui n'est pas rare en matière de partie cycle).

Là, je passe le relais aux historiens de la moto (et il y en quelques-uns sur Pit-lane) pour savoir qui a été le premier à monter les ressorts arrière de cette façon.
Parmi les candidats possible : ci-dessous la Honda RC162 de 1961 (au premier plan – la moto derrière étant probablement une RC161 de 1960).
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* pour amortir les variations d'écrasement du pneu, l'amortisseur doit amortir les mouvements de la masse non-suspendue m en s'appuyant sur la masse suspendue M. (On comprend que cela lui sera plus facile si M est grande et m petite). Voir ici : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Pour les pit-nailleurs :
** du moins lorsque l'angle d'enroulement est suffisamment petit pour qu'on puisse considérer que son cosinus est égal à 1 et que le carré de son sinus est négligeable. Ce qui est toujours le cas en pratique (un grand angle d'enroulement n'offrant aucun intérêt, pour des raisons d'encombrement et de faible résistance au flambage).

*** mais ce n'est pas le cas pour un ressort de soupape sur un moteur à vitesse de rotation élevée : dans ce cas, on ne plus répartir la masse du ressort en deux parties affectées respectivement à chacune de ses extrémités.

Bel exposé!
Mais il considère uniquement le déplacement longitudinal du ressort.
Si dans le cas d'une fourche, ce ressort est plutôt bien guidé (compris dans un tube + guides), ce n'est pas le cas d'un amortisseur ou il est placé a l'extérieur...
Il est donc soumis a des forces transversales :le déplacement de la fixation sur le bras oscillant s'effectue en arc de cercle ajoutant aux mouvement haut/bas des mouvements avant/arrière, il faut ajouter les oscillations inhérentes aux vibrations moteur (certaines anciennes enduro vibraient tellement que les tiges d'amortos, bien moins dimensionnées qu'actuellement pouvaient péter!^^).
Le guidage est d'autant plus problématique que si le ressort, vu d dessus (ou dessous), prend la forme d'un cercle,la zone de contrainte du fil, est excentré par rapport aux forces qui s'appliquent a lui lors de son enfoncement, induisant une contrainte latérale.
Le corps d'amortisseur étant un meilleur guide que la partie tige et les spires jointives devenant rigides, on peut penser que ce biais était plus contrôlé de cette façon.
Si les corps d'amorto étaient placés en bas (augmentant la masse non suspendue, donc), c'était pour une bête histoire d'huile et pour éviter un déjaugeage , a partir des amortisseurs type De Carbon, avec une réserve de gaz anti- émulsion séparée, le changement du sens de montage a été une évolution logique (bombonnes= surcroit de poids et pression= maintient de l'huile en bonne place quel que soit le sens de montage et progression des joints d'étanchéité), de la mème façon, les mono-amortisseurs ont permis d'augmenter la taille des éléments (tige et corps), et donc le guidage et le recentrement de l'élément en début de bras oscillant ( et non en bout, les bras oscillants ont évolués en gagnant en longueur et cela devenait un problème, abordé de différentes manière, en voici une:
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien] )
, complété éventuellement de biellettes, de réduire les accélérations latérales au cours des compressions/détentes (moindres risques de flambage).
Ca se voit que j'aime bien pinailler?^^

Je suis vraiment reconnaissant par la réponse, qui a l'air de satisfaire pas seulement la question que j'ai posée mais aussi au moins à une autre.
Maintenant je dois prendre le temps de comprendre ladite réponse, ensuite éventuellement j'interviendrais de nouveau.
Un jour de cette même année, je pense.

Belle démo de michel guichard, claire et nette. Mais il faut relativiser dans le cas d'une fourche qui travaille à basse fréquence, allez: 3 spires supplémentaires en bas représentent environ 73 gr de matière ( fil de 6 sur dia de 33 mm). L'importance relative par rapport à la différence de masse de 2 pneus de marque différente, ou par rapport à l'usure du dit pneu, à la camelotte des plaquettes de freins partie en fumée, est négligeable; oublions les plombs d'équilibrage, les différents volumes d'huile dans la fourche, le garde boue en ABS ou en carbone mince comme s'il n'avait qu'un côté . Je reste sur l'idée que la meilleure sensibilité obtenue pour l'absorption des petits chocs avec suffisamment de course est de placer les spires rapprochées au plus près de la partie mobile, les constructeurs ont dû faire des tests pour comparer, suivant ce que l'on cherche.Je peux me tromper car loin d'être infaillible.
Dan

J'avais bien pris soin de préciser que l'enjeu était plus académique que pratique...  

Pour donner un ordre de grandeur : je viens de faire une application numérique sur un cas concret (suspension arrière avec deux amortisseurs), et j'ai trouvé une différence d'environ 1% de la masse non-suspendue totale quand on est sur la partie "plus raide". Ce n'est effectivement pas beaucoup mais, comme ça ne coûte rien, autant mettre le ressort dans le bon sens.

En fait, je voulais surtout en profiter pour démontrer que :
1.  Dans les calculs de suspension, la pratique consistant à prendre en compte l'inertie du ressort en affectant 50% de sa masse à la masse suspendue et les autres 50% à la masse non-suspendue n'est pas une simple "recette de cuisine" mais correspond bien à la réalité physique.
2.  Quand on se trouve sur la partie souple d'un ressort à pas multiple, son sens de montage n'a aucune influence sur sa raideur et sur son inertie – et donc sur la façon dont il va absorber les petites irrégularités du sol.

Citation :

...les constructeurs ont dû faire des tests pour comparer, suivant ce que l'on cherche.

Rien n'est moins sûr. Mais s'il l'ont fait, leurs essayeurs n'ont probablement pas trouvé de différence, vu la faible valeur de celle-ci et le fait qu'elle n'intervient, pratiquement et de façon marginale, que sur le grip (et uniquement quand le ressort se trouve sur sa "partie raide").
De plus, quand on connaît le niveau de l'industrie motocycliste japonaise des années 60 dans le domaine des suspensions... (rien à voir avec l'excellence de leur niveau en matière de motorisation).

sergaï a écrit:

Ça se voit que j'aime bien pinailler ?

Dans ce cas précis le terme pinailler me semble bien faible. J'aurais plutôt pensé... [Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]


Concernant le besoin de guidage d'un ressort, il n'est pas dû à d'hypothétiques efforts latéraux sur le ressort – ceux que tu évoques sont absolument négligeables (voir illustration ci-dessus) – mais à sa plus ou moins grande résistance au flambage.

Suivant le rapport "hauteur / diamètre d'enroulement" (et aussi la précision géométrique des surfaces d'appui), il peut exister une valeur de la charge au-delà de laquelle le ressort va "flamber". C'est-à-dire que, bien que la contrainte supportée soit inférieure à la résistance du fil d'acier, le ressort va partir sur le côté. Dans ce cas, il aura besoin d'un guidage.

Mais tant que la charge est inférieure à la charge de flambage, le ressort est stable et n'a pas besoin de guidage.

Dans le cas des ressorts de fourche intérieurs, la place disponible limite le diamètre d'enroulement. En conséquence, il faut davantage de spires pour obtenir la raideur désirée. L'un et l'autre conduisent à une valeur élevée du rapport "hauteur / diamètre d'enroulement" ==> faible résistance au flambage.

En revanche, pour les ressorts d'amortisseur – quand ils sont bien étudiés – le rapport "hauteur / diamètre" est tel qu'il n'y a pas besoin de guidage.
Si ce n'était pas le cas, on verrait des traces d'abrasion sur le ressort et le corps de l'amortisseur, comme on en voit dans le cas des ressorts qui frottent à l'intérieur des tubes de fourche.

Pour les ressorts des amortisseurs anciens (par exemple ceux de la Honda RC162 figurant un peu plus haut), il n'est pas sûr que leurs proportions les aient mis à l'abri du flambage. Mais le flambage ne concernant que la partie libre du ressort, et pas du tout les spires jointives, la solution la plus logique du point de vue guidage voudrait qu'on mette les spires rapprochées du côté tige, et les autres – celles susceptibles de flamber – du côté corps de l'amortisseur.

Donc, de ce point de vue également, le fait de placer les spires jointives dans le style "années 60-70" ne se justifie pas non plus.

michel guichard a écrit:

Concernant le besoin de guidage d'un ressort, il n'est pas dû à d'hypothétiques efforts latéraux sur le ressort – ceux que tu évoques sont absolument négligeables (voir illustration ci-dessus) – mais à sa plus ou moins grande résistance au flambage.

Suivant le rapport "hauteur / diamètre d'enroulement" (et aussi la précision géométrique des surfaces d'appui), il peut exister une valeur de la charge au-delà de laquelle le ressort va "flamber". C'est-à-dire que, bien que la contrainte supportée soit inférieure à la résistance du fil d'acier, le ressort va partir sur le côté. Dans ce cas, il aura besoin d'un guidage.

Mais tant que la charge est inférieure à la charge de flambage, le ressort est stable et n'a pas besoin de guidage.

Dans le cas des ressorts de fourche intérieurs, la place disponible limite le diamètre d'enroulement. En conséquence, il faut davantage de spires pour obtenir la raideur désirée. L'un et l'autre conduisent à une valeur élevée du rapport "hauteur / diamètre d'enroulement" ==> faible résistance au flambage.

En revanche, pour les ressorts d'amortisseur – quand ils sont bien étudiés – le rapport "hauteur / diamètre" est tel qu'il n'y a pas besoin de guidage.
Si ce n'était pas le cas, on verrait des traces d'abrasion sur le ressort et le corps de l'amortisseur, comme on en voit dans le cas des ressorts qui frottent à l'intérieur des tubes de fourche.

Pour les ressorts des amortisseurs anciens (par exemple ceux de la Honda RC162 figurant un peu plus haut), il n'est pas sûr que leurs proportions les aient mis à l'abri du flambage. Mais le flambage ne concernant que la partie libre du ressort, et pas du tout les spires jointives, la solution la plus logique du point de vue guidage voudrait qu'on mette les spires rapprochées du côté tige, et les autres – celles susceptibles de flamber – du côté corps de l'amortisseur.

Donc, de ce point de vue également, le fait de placer les spires jointives dans le style "années 60-70" ne se justifie pas non plus.

Mouais...Bon Môssieur le prof de math n'a visiblement jamais plié un amorto sur deux a la réception d'un grand saut (et donc vrillé le bras oscillant et cassé les 3/4 des rayons de la roue arrière...) et je maintiens avec le soutient des dyptères, qu'il y a besoin de guidage , encore plus sur des grands débattements, et que la contrainte latérale, ben elle existe, non mais!^^ (tout comme les traces sur le corps des amortos qui, on est bien d'accord, ne sont pas fait pour ça, d'ou les spires jointives placées systématiquement de ce coté!)
Maintenant, je m'en vais bouder dans mon coin la tète haute, je pars comme un prince, na! ^^
La théorie et la pratique, comme toujours^^!

Désolé sergaï, mais t'aurais mieux fait de prendre comme exemple le pilon à la casse et lui demander explication du fait que t'as vu un rétroviseur chromé toucher un combiné arrière... et que cela d'après son intervention n'est pas prévu !

Si l'on se réfère à l'image de la Husky illustrée par sergaï, les amortos sont maigres ( poids), très inclinés, devant effectuer de grandes courses très rapides, un simple "dur" dans les articulations suffit à induire des flexions dans les tiges lors des compressions brutales avec de plus les pistons freinés par l'amortissement. Cela suffit à expliquer les déboires rencontrés avec ces dispositions rapidement abandonnées. De tels ressorts longs et maigres ne peuvent assurer un parfait guidage axial, ce n'est d'ailleurs jamais le cas, des boudins sont toujours couplés avec des guidages ( suspensions auto...etc), sauf sur des tables vibrantes .
Dan