Pb de mécanique élémentaire sur les ressorts

[grelinette]

Histoire de changer un peu de sujet, je reviens à mes expériences de bourrins et vous soumets un petit problème de mécanique sur les ressorts.

(Vous l'aurez compris mon post a forcément un lien avec l'hippomobile ! A noter cependant que la réflexion qui suit peut à mon avis être intéressante pour tous les autres systèmes de traction tlq voiture, camion, tracteur, vélo, caddy, etc…)

Explications :

Quand j'utilise un cheval pour des travaux, je cherche à atténuer les à-coups de traction (coup de collier), mais aussi les à-coups au freinage (lorsque le cheval freine brusquement ou stoppe net).

Dans le premier cas, le plus courant, quand un gros effort de traction est demandé au cheval (exemple déplacer une lourde grume au sol), il va rassembler ses forces et donner un violent coup d'épaule pour mettre la charge en mouvement puis la tracter dans la foulée.
Cet à-coup provoque l'usure et la casse de matériel, voire des blessures au cheval, sans parler de la secousse ressentie dans la calèche ou sur le trinqueballe.

Inversement, dans le 2.ème cas, surtout en attelage et notamment en descente, lorsque le cheval freine ou s'arrête net, la charge tractée le pousse sous l'effet de l'énergie cinétique acquise par le déplacement.


L'idée est donc d'atténuer (amortir) les à-coups en traction et en retenu (compression), tout en préservant l'efficacité du geste, en insérant un ressort (pression ou traction, avec ou sans hydraulique) entre le tracteur (le cheval) et la charge (calèche, outils ou grume) pour rendre ce lien de traction souple et confortable.


Voilà pour les explications.


Maintenant, pour entrer dans le vif du sujet, voici le problème de mécanique posé :

Quel système ou montage mécanique utilisant un ressort indifféremment de compression ou de traction, permet un fonctionnement (amortissement) à la fois en Compression et en Traction ? (Suis-je clair ?)

Autres formulations du problème :
Comment utiliser un ressort de compression pour amortir à la fois les compressions et les tractions,

et inversement, comment utiliser un ressort de traction pour amortir à la fois les tractions et les compressions ? (Est-ce plus clair ?)

Et pour les plus perspicaces : quel système unique peut utiliser indifféremment l'un ou l'autre des types de ressorts (pression/traction) pour amortir à la fois les compressions et les tractions ?

Le premier qui propose le meilleur système gagne une balade sportive en trinqueballe !
(nb: j'ai déjà 2 propositions intéressantes !)

PS: Qq'un connaît-il la différence des caractéristiques mécaniques entre un ressort de compression et un de traction ?
Personne n'a encore pu m'expliquer les différences mécaniques avec précision ! Seul un fabricant de ressorts m'a dit que les ressorts de compression étaient plutôt adaptés pour des forces en mouvement (ex. amortisseurs voiture) , alors que les ressorts de traction étaient plus adaptés pour des forces qui varient peu ou pas du tout (ex. tension d'une bâche, balance de pesage, etc)… Curieusement, certains ressorts pour les bâches de piscine ou pour l'amarre de bateaux sont des ressorts de compression utilisés en traction !…

[dirk pitt]

premiere chose: un ressort n'amorti pas! il "differe" la diffusion de l'energie.
en d'autres termes, il emmagasine le surplus d'energie mais le restitue tres vite en general, provoquant des oscillations.
une voiture montée uniquement sur ressort est inconduisible.
il te faut donc amortir en dissipant une part de l'energie.
c'est le role de l'amortisseur: generalement à huile.

[Ahmed]

Les ressorts travaillant en compression sont plus résistants et plus durables que ceux utilisés en extension (ne serait-ce que parce que les premiers sont limités dans leur course et ne risquent pas de dépasser leur limite élastique).

Un bon montage consisterait à employer deux ressorts autour de l'arbre de traction, rendus solidaires de ce dernier par une bague médiane fixe d'appui.
L'arbre coulisse entre une chape solidaire de l'outil tracté dont chaque joue fournit une face d'appui extérieure à chaque ressort.
Il est nécessaire de prévoir une légère pré-compression des ressorts au montage afin d'éliminer le jeu (facile: il suffit de comprimer quelques spires avec un fil de fer qui sera coupé, le montage réalisé).

[janic]

grelinette bonjour
dirk pitt a bien répondu.Pour le ralentissement ou freinage, tu devrais monter un système qui ralenti ou freine que l'on trouve sur les caravanes. Pour le démarrage c'est différent, il te faudrait un ressort à enroulement (au freinage) qui restituerait son énergie au départ (Un KERS ) mais c'est plutôt onéreux et une usine à gaz!

[Did67]

1) D'accord avec Dirk. Un ressort ne résoud rien. Il "bondit", c'est tout. Et en effet, sans amortisseur, il entre facilement en oscillation.

C'est les frottements qui atténuent les osciallations, donc qui dissipent l'énergie...

[j'ai pour m'amuser, un jour, fait un petit tour avec une 2CV sans amortisseurs ; mais avec les ressorts, bien sûr ! C'est aussi dingo que de monter un Mustang !]

2) Un ressort n'est jamais qu'une barre de torsion enroulée sur elle-même pour gagner de la place.

Une barre de torsion, c'est, si tu veux, un gros spaghetti métallique que tu peux vriller. C'est la périphérie du spaghetti qui travaille (comme d'ailleurs sur un ressort à lame).

[Pour ceux qui ont connu la 4L, elle avait deux longues barres transversales, sous le chassis, placées juste devant les roues arrières ; ces barres remplaçaient les ressorts qu'on trouve sur d'autres voitures ; du coup, d'un coté, la roue était légèrement plus en avant que la roue de l'autre coté car les deux barres étaient parallèles, mais décallées ! Vous pouvez vérifier !]

Il repose donc sur le principe d'une longue barre métallique qu'on tord, dans les limites de l'élasticité (ce qui veut dire que quand on lâche, on revient à la position initiale). Si on tord plus, on franchit la limite d'élasticité, et la barre ne revient plus à sa position initiale.

Un ressort ne peut travailler à la compression que si les spires ne sont pas jointives... Si on le réalise correctement, les spires touchent avant que la limite d'élasticité ne soit atteinte ! Donc ce ressort est "protégé" contre une trop forte déformation.

Un ressort travaille à la traction, mais là, il faut faire attention à ne pas dépasser la limite d'élascticité (certains ressorts sont incrustés dans un support que "bloque" la traction à un certain niveau, pour éviter le dommage irréversible).

Mais mis à part cette question de spires jointives ou pas, sur le principe physique, aucune différence ! A ma connaissance.

[Did67]

Du coup, j'ai oublié ma réponse : il ne te faut pas un ressort, mais un amortisseur.

Trouver un amortisseur suffisamment costaud ! [chercher du coté des cmions !)
a
Au démarrage, il va s'étirer jusqu'à sa limite maximale, et sera ne buttée. Lors d'un ralentissement, il va aller ne butée opposée tout en maortissant le mouvement. ET rebeliotte à la traction suivante.

Mais en dehors d'amortir les à-coups, il va dissiper de l'énergie, et pas en fournir !

[Flytox]

Un ressort à pas variable (Comportement délibérément non linéaire ) t'aiderai à mieux faire passer le coup d'épaule ou de cul. Sa "plage d'utilisation" est plus grande entre les petits et gros efforts (avant de taper en butée). Mais en aucun cas tu ne pourra t'affranchir d'un amortisseur.

http://fr.wikibooks.org/wiki/Les_ressor ... mportement

Pour les amortos, tu peux trouver à la casse. Pour les voitures ils amortissent fortement à la détente et peu à la compression. Il t'en faudrait 2 identiques montés tête bêche et à mi course au repos, puisque tu dois amortir dans les deux sens.

[Ahmed]

La fonction d'amortissement est incontournable pour des fréquences élevées qui risquent, effectivement d'engendre des phénomènes de résonnance, cependant, dans le cas particulier qui nous intéresse ici, je serais moins affirmatif.
Il s'agit simplement d'écrêter les à coups de l'ensemble tracté: en temps normal ce dispositif n'interviendrait pas et son fonctionnement demeurerait ponctuel, comme une sorte de sécurité.

Le seul ressort offrant un certain degré d'amortissement, par construction, est le ressort à lames (certains modèles modernes sont munis de ferrodo), c'est pourquoi il a longtemps été utilisé sur les véhicules hippomobiles.

[grelinette]

Merci pour vos réponses rapides.

Certes, comme le souligne Dirk Pitt, un ressort restitue l'énergie qu'il a emmagasiné lors de la compression ou de l'étirement, mais comme le dit Ahmed, le phénomène de résonance est peu probable dans le cas présent (à mon avis compte tenu de la lenteur du mouvement).

A priori, un simple ressort atténuerait déjà bien les à-coups violents ("choc dur") et ne devrait donc pas provoquer de résonance.

Pour rester dans la traction animale, anciennement on utilisait des systèmes avec ressorts comme celui ci :

A noter qu'il y a un ressort au centre et 2 aux extrémités du palonnier (le palonnier ayant pour rôle de bien répartir les forces successives des épaules en mouvement au point de traction central).

ou celui-là plus actuel :


L'utilisation de ressorts en traction animale, principalement pour des travaux agricoles (ex. débardage) fait débat dans le milieu, mais les utilisateurs de ressorts sont fermement convaincus de leur efficacité et de leur utilité.

J'ai bien cherché s'il y avait des mesures et des données (courbes comparatives) permettant de comparer la traction avec ou sans ressorts, mais je n'ai rien trouvé.

En revanche, j'ai vu que certaines attaches de remorque vélo avaient un petit ressort amortisseur sur le timon, sans doute pour améliorer le confort de traction ou le confort du passager (enfant).


...et niveau confort (sans résonance), il y a aussi ces ressorts :


J'ai aussi trouvé une barre de remorquage voiture avec ressort, mais j'ai l'impression qu'elle ne fonctionne que dans un sens : la compression, donc au freinage :


Ceci dit, si un système permet le fonctionnement du ressort en compression ET en traction (Ahmed propose d'ailleurs une solution fonctionnelle), rien n'empêche d'utiliser le système avec un amortisseur huile type amortisseur de vtt.

La question est d'abord de savoir si cette "liaison amortie" est bénéfique pour la traction.

J'aurais tendance à répondre déjà OUI pour le confort du cheval qui ne ressent pas de "buttée" au démarrage,

puis encore OUI pour l'efficacité de traction au démarrage, car cette liaison amortie permet au cheval de se mettre en mouvement avant même que la masse tractée se déplace : c'est sans doute peu, mais le cheval étant en mouvement, il acquière de fait déjà une énergie cinétique supplémentaire favorable à la traction.

Pour donner une image : si je veux déplacer ma voiture en panne, je pense que je serai plus à l'aise et plus efficace en tirant sur une corde relativement souple (pas un élastique), plutôt qu'une chaine rigide.

Qu'en pensez-vous ?

[moinsdewatt]

Demandez à Hic,

aprés s' étre entiché d' aimants qui produisent de l' energie il va peut etre se recycler dans le sujet des ressots qui produisent aussi de l' energie.