Equilibrage des roues, admis mais mal compris

Problématique

La roue est un ensemble de composants qui peuvent être irréguliers, et qui tournent comme un élément unique autour d’un axe. Sur cet ensemble, des défauts d’équilibre peuvent apparaître, ils sont désignés sous le terme de “balourds”.

Les balourds se manifestent sous deux formes, le balourd statique et le balourd de couple. Chacun se distingue par son positionnement sur la pièce en mouvement, et son action sur la rotation.

Balourd statique

Il se manifeste par un déplacement des centres de gravité de la roue hors de l’axe de rotation. Il induit lors de la rotation une force centrifuge qui tend à faire vibrer la roue contre le sol, en augmentant son poids lors du passage du balourd vers le sol et en l’allégeant au point haut. La correction est réalisée par la mise en place d’une masse équivalente diamétralement opposée. Le centre de gravité est ainsi ramené dans l’axe de rotation.

Balourd de couple

Le balourd de couple est plus complexe. Il peut être présent même si l’équilibre statique est correct. C’est un déséquilibre relatif au plan de rotation du mobile que constitue la roue. Le balourd de couple engendre des forces parallèles à l’axe de rotation. Elles s’appliquent sur les articulations de fixation de la roue sur la caisse. Pour le supprimer, il faut ramener l’axe d’inertie concentrique à l’axe de rotation.

Tant que ces deux axes sont dissociés, les balourds vont entraîner la roue dans un mouvement de cône de son axe de rotation. Ce mouvement fait travailler les éléments qui entourent la roue et la maintiennent, les roulements de moyeu, les articulations de suspension et de la direction.

Equilibrage dynamique

L’équilibrage dynamique consiste à superposer le balourd statique et le balourd de couple dans une opération unique d’équilibrage. Pour obtenir ce résultat, on positionne des masses sur la jante. Sur les roues en tôle, les masses sont positionnées de chaque côté de la jante. Pour les roues en alliage léger, il est difficile, voire impossible, d’agrafer les masses sur le rebord. On utilise donc des masses collées sur l’intérieur de la jante. Celles-ci peuvent être cachées derrière les rayons de la roue, selon un “programme d’optimisation” que propose la machine d’équilibrage.

La machine

L’équilibreuse répond à deux besoins : identifier les balourds présents sur la roue, en statique et en dynamique, déterminer la masse nécessaire à la correction et proposer un point de pose de la masse.

Pour la mesure du balourd, ce sont les vibrations de l’arbre sur lequel est fixée la roue qui sont mesurées.

L’arbre est en rotation sur deux paliers à roulement dans un support dont les fixations ont des mouvements contrôlés. Des capteurs piezoélectriques permettent de mesurer précisément les efforts subis par l’arbre. deux disques solidarisés à l’arbre positionnent la roue dans sa rotation. D’une part par rapport à un point fixe, d’autre part en vitesse et en position angulaire absolue. Ce repérage permet de situer les balourds mesurés et de guider l’opérateur pour positionner précisément les masses.

Une électronique de gestion effectue manuellement ou par capture électronique les calculs et intègre les dimensions de la roue. L’arbre est lancé par courroie entraînée par un moteur électrique.

Pour aider l’opérateur dans ses mesures, la machine peut disposer de capteurs supplémentaires et d’afficheurs plus ou moins perfectionnés, LED ou vidéo.

Fonctionnant toutes sur le même principe mécanique, les machines, dont les prix sont compris entre 2 000 et 15 000 euros, se distinguent par leurs automatismes, leurs options et les capacités à recevoir des roues plus grandes, plus lourdes.

Dès les années 80, l’Italien CEMB fait de l’équilibrage son métier de base et intervient dans de nombreux secteurs, dont l’industrie, avec des équilibreuses pour toutes sortes d’équipements dont les arbres moteurs, les turbocompresseurs, les transmissions, etc. CEMB a intégré l’électronique dans le traitement du signal vibratoire. Ces techniques sont aujourd’hui appliquées par tous les fabricants et les gammes se présentent à équivalence.

Simples et peu coûteuses pour usage occasionnel

Les plus simples sont commercialisées à partir de 2 000 euros. Les dimensions de roues acceptées vont désormais de 10/12 pouces à 26/30 pouces. Les machines sont pratiquement toutes motorisées. La vitesse de rotation est d’environ 100 tours par minute, mais l’analyse est très rapide, le cycle pouvant descendre jusqu’à 5 à 7 secondes. Tout est automatique. Des aides sur les afficheurs à LED ou écran vidéo guident l’opérateur pour positionner les masses sur la roue. Chaque fabricant propose des programmes adaptés aux types de roues utilisées et à la pose des masses. Les diagnostics de bon fonctionnement sont automatiques, l’étalonnage se fait également automatiquement. Les paramètres de diamètre de la roue, de largeur sont toutefois entrés manuellement.

Complexes et onéreuses pour de grandes séries

La précision d’équilibrage est identique pour tous les types de machines. Il est nécessaire de respecter une marge d’erreur, les suspensions admettent un fonctionnement avec une marge de 10 g pour une voiture de tourisme, jusqu’à plus de 100 g pour une roue de poids lourd. En revanche, que ce soit avec une équilibreuse de base ou une machine très perfectionnée, il est impératif de procéder à une mise en place parfaitement centrée. Un excentrage de la roue entraîne des balourds parasites et des erreurs supplémentaires dans l’opération réalisée. Livrés avec un équipement de centrage et de fixation qui permet de travailler sur pratiquement tous les modèles de roues, des accessoires sont proposés pour fiabiliser le montage. Ils proviennent souvent d’un spécialiste unique allemand, Haweka (www.haweka.com), mais quelques fabricants de machines les réalisent eux-mêmes, tel CEMB.

Options d’assistance

Pour gagner en rapidité, des équipements complémentaires viennent enrichir les machines. La mesure de la jante peut s’automatiser partiellement ou totalement (diamètre, déport, largeur), des capteurs automatiques et des piges viennent guider la machine dans le choix du positionnement des masses que l’opérateur souhaite, principalement pour des questions d’esthétique. Les masses d’équilibrage peuvent alors être dissimulées derrière un bâton de roue en alliage léger. Le blocage de la roue sera assisté pneumatiquement, ainsi que le freinage de la rotation. Pour limiter l’effort de levage de la roue, mais également pour limiter le risque de mauvais centrage sur l’arbre de la machine, un plateau d’assistance mécanique de levage peut être joint à la machine. Sous la dénomination “ZeroWeight” chez CEMB, il utilise l’énergie pneumatique, une pédale et un levier de positionnement.

Guidage vidéo

Les machines les plus perfectionnées disposent d’un guidage opératoire sur écran vidéo tactile, avec des conseils didactiques sur l’équilibrage, expliquant chaque opération réalisée. Il est également possible d’avoir un dispositif d’alerte d’excentricité de la jante. Si la roue est mal positionnée, ce dispositif le signale à l’opérateur. Un défaut de la jante est également indiqué au technicien et arrête la procédure d’équilibrage.

Pour travailler plus facilement, l’arbre de la machine peut être déporté vers le bord du caisson d’habillage pour un meilleur accès à l’intérieur de la jante. Un éclairage de l’intérieur de la jante peut également compléter l’aide à la pose des masses.

Pour les machines disposant d’un affichage vidéo, les unités peuvent être converties des unités internationales en unité anglaises (poids en onces, dimensions en pouces).