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Un ressort à lame est un type de ressort profitant de la flexibilité d'une ou plusieurs lames métalliques superposées. Les propriétés élastiques de ces lames permettent d'absorber l'énergie mécanique, et produire un mouvement exerçant un effort ou un couple sur le système lié.
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Il existe deux configurations d'usage : une extrémité des lames est fixe et l'autre subit la force à restituer, ou les deux extrémités sont fixes et la force à restituer s'exerce au centre des lames.
Ce type de ressort est surtout utilisé pour la suspension de véhicule de transport lourds, camionnette, camions, etc.., afin de ramener la roue dans sa position initiale après une bosse ou un cahot (deux extrémités fixes). C'est aussi le dispositif retenu en organologie pour réaliser les ressorts de rappel de certaines clefs d'instruments à vent comme la clarinette (une extrémité fixe).
Le calcul présenté dans cette section est un calcul de prédimensionnement (parfois appelé calcul d'« équarrissage ») permettant de se faire une idée approximative de l'encombrement qu'aurait un véritable ressort à lames réalisé selon les règles de l'art. Une lame encastrée a une extrémité libre et, chargée, elle peut évidemment servir de ressort. Mais, les contraintes maximales règnent du côté de l'encastrement tandis que l'extrémité libre, qui a le même module de flexion I/v que l'autre, est peu sollicitée.
Pour mieux utiliser la matière, il faut se rapprocher d'une forme d'égale résistance qui est dans ce cas de figure une forme de largeur constante et de hauteur variant selon une loi parabolique (solution utilisée, par exemple, sur le Renault Trafic), ou bien une lame triangulaire de hauteur constante, qui va servir de base de calcul.
Si bo est la largeur de cette lame au niveau de l'encastrement et L sa longueur, la largeur de la lame au point M d'abscisse x s'écrit :
Le moment de flexion en M est :
La contrainte maximale de flexion est constante tout au long de la lame :
Elle découle du calcul précédent :
Dans l'hypothèse, classique, mais ici irréaliste, de petits déplacements, il est possible de calculer la flèche f de l'extrémité libre sous l'effet de la charge P :
Les deux conditions de résistance et de déformation imposent ensemble l'épaisseur maximale de la lame :
Une fois l'épaisseur arrondie à une valeur normalisée, il en résulte la détermination de bo, qui donne généralement des dimensions prohibitives pour la lame.
Après avoir découpé la lame triangulaire comme indiqué ci-après, « ressoudé » les morceaux latéraux deux à deux, élargi la lame la plus longue (lame maîtresse), il est possible de rassembler les lames élémentaires pour former un système étagé supposé équivalent au précédent.
En pratique, de nombreuses modifications interviennent et rendent très complexe l'étude d'un tel ressort : formes des extrémités des lames, frottements, systèmes d'attaches, etc. Pour réaliser un paquet de lames à peu près « carré » au niveau des attaches, si n est le nombre de lames, il faut écrire :
Si a priori un nombre de lames raisonnable est choisi, en combinant les diverses formules, la longueur minimale du ressort est calculable, lequel sera alors le plus léger possible.
Par exemple, si l'égalité suivante est posée bo = n2·e, et reportée dans les formules suivantes :
En éliminant e, il est possible d'obtenir :
Ceci ne constitue certes pas le calcul de détermination d'un ressort à lames, mais il donne une idée de l'encombrement que pourrait avoir une solution de ce type.
Les formes réelles seront assez éloignées de la forme théorique d'égale résistance présentée précédemment :
Si l'on ajoute la possibilité de réaliser des ressorts à lames étagées de toutes formes, symétriques ou non, à faible ou forte courbure, etc., il devient évident que les formules théoriques établies au début de ce paragraphe doivent être pour le moins revues et corrigées. Finalement, chaque ressort nécessite une étude individualisée.
Le frottement entre les lames produit des pertes d'énergie notables (le travail de déformation du ressort est loin d'être intégralement restitué au moment de la détente) mais ces pertes contribuent à l'amortissement des vibrations, par exemple, dans le cas des ressorts de suspension. Cependant, outre le fait qu'il fausse un peu plus les formules, le frottement est capable d'engendrer le phénomène de corrosion-frottement (poudre rouge) très destructeur. Pour éviter ou au moins pour freiner cette forme particulière d'usure, une lubrification protectrice est absolument indispensable et il ne faut surtout pas que l'état de surface des lames soit trop bon. Au contraire, il faut utiliser les lames « brutes de laminage ».
C'est à propos du ressort à lames que l'on comprend le plus facilement l'intérêt du traitement de préconformation, qui consiste à charger un ressort au-delà du point où il commence à prendre une déformation permanente pour, en quelque sorte, l'endurcir.
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![{\displaystyle L={\sqrt[{5}]{\frac {6\,P\,f^{3}\,E^{3}}{\sigma _{adm}^{4}\,n^{2}}}}}](http://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ea09a6b82ce656157f4a56e384c2e727d0f8b2e4)
