Technique : L'équilibrage des roues

Les roues des voitures atteignent normalement une vitesse de rotation de 20 à 40 tours par seconde, à laquelle chaque gramme de la roue est soumis à une force centrifuge de l'ordre de quelques centaines de grammes. Si la roue était parfaitement homogène et si sa masse était répartie uniformément autour de l'axe de rotation (centre de gravité sur l'axe), les forces élémentaires agissant en chaque point de la roue s'équilibreraient mutuellement : la roue serait équilibrée.

Cette condition idéale ne se rencontre pas dans la pratique pour des raisons de construction (excentricité des pneumatiques, décentrage radial ou latéral de la jante, position de la valve), ou d'utilisation (usure irrégulière).

Supposons que, lors d'un freinage brusque, (blocage des roues), on enlève quelques grammes en un point de la bande de roulement, la force centrifuge s'exerçant sur le côté opposé ne sera plus compensée. On a désormais une force de l'ordre de quelques kilogrammes (une masse de 50 g répartie sur la périphérie provoque à 70 km/h une force d'environ 40 kg) qui tourne avec la roue et provoque un mouvement alternatif dans la direction permise par le bras de suspension. Si, maintenant, après avoir soulevé le véhicule, on fait tourner la roue concernée à la main, on constate qu"elle a tendance à s'arrêter dans une certaine position, le point le plus lourd étant en bas.

Schéma ci-dessus :

1) Un poids P concentré en un point de la roue déplace son centre de gravité qui ne se trouve plus sur l'axe de rotation. On dit que le corps a du "balourd".

2) Lorsque la roue tourne, le poids P engendre une force centrifuge qui fait vibrer ou osciller la roue dans la direction autorisée par les bras de suspension.

3) Avec une masse d'équilibrage C on peut éliminer le balourd et obtenir un équilibre indifférent de la roue. Il suffit pour cela que le produit Pr1 soit égal au produit Cr2.

Pour éliminer ce déséquilibre, on place, dans le sens diamétralement opposé à la masse déséquilibrante, un contrepoids créant la même force centrifuge par rapport à l'axe de rotation de la roue. Le centre de gravité de cette dernière sera alors situé sur l'axe de rotation, et, par conséquent, la résultante des forces centrifuges sera nulle. Mais l'opération réalisée n'est pas suffisante. En effet, les contrepoids étant fixés sur les bords de la jante, les forces centrifuges dues à ceux-ci et à la masse déséquilibrante ne s'exerceront pas nécessairement dans un même plan, mais en général dans des plans différents, ce qui donnera lieu à un couple déséquilibrant qui déportera la roue latéralement.

Ce mouvement est retransmis sur la barre d'accouplement de direction. Le déséquilibre engendré par ces couples se manifeste immédiatement par une oscillation du volant. La roue doit donc être équilibrée de deux façons :

- Par rapport aux forces centrifuges (déséquilibre de poids) qui donnent lieu aux oscillations ;

- Par rapport aux couples centrifuges qui donnent lieu au débordement latéral.

Les deux opérations s'appellent respectivement équilibrage statique et équilibrage dynamique. Une roue peut être équilibrée statiquement (équilibre des moments par rapport à l'axe de rotation) et présenter un déséquilibre dynamique lorsqu'elle est mise en rotation, puisque la résultante des moments engendrés par les forces centrifuges n'est pas nulle.

Schéma ci-dessus : Le poids P et le contrepoids C donnent lieu à une force centrifuge égale et directement opposée à celle engendrée par le déséquilibre mais s'exerçant à une distance b (fig.1). Le coupe Fb provoque la vibration de la roue (fig.2). Pour l'annuler, il faudra disposer de deux contrepoids C1 et C2.(fig.3)

L'équilibrage dynamique consistera dans la répartition convenable du contrepoids nécessité par l'équilibrage statique. A cet effet, on disposera deux masses, l'une à l'intérieur et l'autre à l'extérieur de la jante, de façon à équilibrer le moment engendré par la force centrifuge de la masse déséquilibrante. En conclusion, on peut dire que l'équilibrage statique a pour but de ramener le centre de gravité de la roue sur l'axe de rotation et que l'équilibrage dynamique élimine les effets du couple, provoqués par les forces centrifuges. Les déséquilibres des roues avant donnent lieu au shimmy, caractérisé par des oscillations et des vibrations du volant. Ces inconvénients s'accentuent lorsque le revêtement de la route est plus lisse et plus uniforme.

Enfin, leur intensité est plus grande à certaines vitesses, lorsqu'il y a résonance de l'ensemble roue-suspension et des éléments élastiques correspondants.

Un déséquilibre sur les roues arrière se remarque habituellement moins ; cependant, il pourra, comme pour l'avant, donner lieu à une usure anormale des pneumatiques et des organes mécaniques (bagues, roulements, etc.). L'équilibrage des roues était autrefois effectué d'une manière très empirique et contrôlé ensuite par des essais. Plus récemment, des appareils d'équilibrage de type mécanique, électrique ou électronique ont été introduits.

Les modèles courants effectuent cette opération sur la roue démontée de la voiture, fixée par une bride sur un arbre tournant. Le déséquilibre de la roue est transmis aux supports de l'arbre et donne le poids à appliquer dans la position diamétralement opposée à celle dans laquelle on obtient l'indication de déséquilibre maximal. Ce calcul est d'abord effectué sur un côté, puis sur l'autre côté de la roue (sur certains appareils, on obtient l'équilibre en même temps sur les deux côtés).

Avant l'équilibrage, il faut procéder au contrôle du centrage de la jante, car un décentrage excessif rendrait l'opération difficile ou impossible. L'inconvénient de ces appareils réside dans la nécessité de posséder des brides convenant au montage des roues de différents véhicules et dans le fait que l'indication en grammes ne peut être qu'approximative ; en revanche, l'erreur de l'opérateur et le temps d'intervention sont réduits.

Il existe d'autres appareils qui effectuent l'équilibrage avec la roue montée sur la voiture ; en ce cas, on soulève la roue du sol et celle-ci est mise en rotation par le moyen d'un chariot spécial de lancement.

Un instrument magnétique de contrôle est placé en contact avec un élément de la suspension, situé le plus près possible de la roue. Pour chaque oscillation engendrée par la roue ou par d'autres parties tournantes, l'instrument enregistre les vibrations et les traduit en éclairs sur une lampe stroboscopique; ceux-ci sont adressés en direction de la roue. La position dans laquelle apparaît le signe de référence tracé sur le pneumatique permet de retrouver la position de déséquilibre et, par conséquent, le point où seront placées les masselottes d'équilibrage. Ces opérations exigent toutefois une certaine pratique et un bon coup d'oeil de l'opérateur; par ailleurs, le temps d'intervention peut être plus long par rapport aux appareils du premier type. Les appareils d'équilibrage électroniques possèdent toutefois l'avantage d'équilibrer par une seule opération tous les organes qui tournent avec la roue : le disque, le frein, les joints, les demi-arbres.

Autre avantage, il n'y a pas de démontage et remontage de la roue, donc aucun risque de modification du centrage sur le moyeu, qui pourrait conduire à de nouveaux déséquilibres au moment du remontage. Certains appareils permettent, une fois terminée la phase d'équilibrage, d'augmenter la sensibilité du pick-up pour effectuer un diagnostic sur les défauts présumés dans le système de suspension de la roue. La persistance de vibrations après l'équilibrage des roues provient de jeux excessifs et d'usure.

Après une localisation précise par examen de la suspension, on peut évaluer et effectuer la remise en état. En général, le déséquilibre des roues se manifeste moins sur les grandes voitures, en raison de la valeur plus faible du rapport entre les masses non suspendues et celles suspendues, et se ressent davantage sur les voitures avec des suspensions McPherson, où les points d'attache sur la coque sont moins rigides que dans les suspensions à bras oscillants. Sur les tractions avant, l'équilibrage des roues montées sur le véhicule peut s'avérer plus difficile en raison de l'effet déséquilibrant causé par les joints de transmission.

Les masselottes d'équilibrage sont accrochées sur les bords de la jante grâce à un système à ressort qui résiste bien aux forces centrifuges, mais non au frottement de la jante contre les trottoirs. On risque ainsi de déplacer - ou de perdre - les poids. Il est par conséquent bon d'en contrôler de temps en temps la présence. Actuellement, spécialement sur les voitures de compétition ou de sport, on a l'habitude de coller des poids avec des adhésifs très puissants en les disposant sur la bande intérieure de la jante.

Ce système élimine l'inconvénient précédent, offre une meilleure esthétique et permet, par ailleurs, d'équilibrer les roues par l'application d'un seul contrepoids placé dans le plan de la force centrifuge qui engendre le moment déséquilibrant.