Entretien d'un différentiel à billes

Montage et entretien d'un différentiel à billes
de Pro 10 et Pro12 électriques de type US

Edité le 02/06/2006.
Réactualisé le 21/06/2006.
Textes et photos de Georges.
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Les différents composants d'un différentiel à billes d'une piste 1/12° électrique type US. Le différentiel montré en photos dans cet article est d'origine CEFX, identique aux productions CRC et Team Laje et quasi-identique ce qui ce fait chez Team Associated, Trinity et d'autres plus petits constructeurs de piste 1/12° électrique, américains pour la plupart. Les différentiels de piste 1/10° type Pro10 US (Team Laje, Team Associated RC10L, RC10L2, RC10L3, HPI RS10G, etc.) sont très proches en conception de ceux utilisés en 1/12°. Exception, les différentiels de Pro12 et Pro10 d'origine Corally, de conception spécifique et qui feront l'objet d'un article séparé.
L'axe de différentiel L'axe du différentiel est l'âme du système et supportera tout le reste. Le plus souvent, il s'agit d'un axe en fibres (carbone, verre, aramide, mélange) ou très rarement en alliage de titane avec un filetage rapporté sur une de ses extrémités et avec un plateau excentré et solidaire de celui-ci. Pour l'anecdote, comme en Kart à l'échelle 1, les top-drivers jouent avec la rigidité de cet axe pour obtenir certains effets, notamment la recherche du grip.
Les moyeux Les moyeux de roue en Pro12 et Pro10 ne sont pas symétriques. Côté gauche, le moyeu sera solidaire de l'axe. Sur les conceptions anciennes, on serrait une vis qui se plantait dans l'axe. Cette solution avait le gros désavantage de marquer et de fatiguer l'axe. Donc la tendance actuelle est plutôt d'opérer un serrage qui bloque le moyeu par pinçage. Côté droit, le moyeu n'est pas solidaire de l'axe.
Rondelles de différentiel Les rondelles de différentiel sont une des pièces principales d'usure de ce système. Elles sont soit en acier trempé, soit beaucoup plus rarement en céramique (chères et très fragiles). Leur planéité doit être optimale et leur surface est, selon le choix du fabricant, soit polie, soit micro-striée (explication ci-après). La tendance actuelle est aux plateaux de grand diamètre, afin d'avoir les billes les plus éloignées possibles du centre (synonyme pour le différentiel d'une plus grande constance et d'une plus grande douceur de fonctionnement).

Roulements à billes

Pour assurer le bon guidage de l'ensemble, le différentiel a besoin de trois roulements. En général, on trouve deux roulements épaulés de dimensions 1/4*3/8" dans le moyeux droit et un roulement (soit un épaulé, soit un normal, de 1/4*3/8" ou 6.35x9.525x3.175mm) dans la couronne. Sur certaines autos de conception plus ancienne (premières Associated RC10, Bolink, Parma), la couronne ne tournait pas sur un roulement, mais glissait simplement sur un épaulement usiné en aluminium rapporté sur l'axe en fibre.

Couronne

En général, sur une 1/12°, la couronne n'aura idéalement pas un nombre de dents supérieur à 100 dents en 64DP et à 72 dents en 48DP. En effet, le règlement en compétition demande une garde au sol minimum de 3mm, couronne comprise. Or avec de petits pneus à l'arrière, il est parfois difficile de respecter ce point de règlement, donc on s'oriente vers de petites couronnes. En loisir, il est aussi préférable de respecter cette règle, pour augmenter ainsi la durée de vie de sa couronne et aussi par respect pour la moquette (dans le cas de l'indoor) sur laquelle on roule.

Attention toutefois au rapport moteur, car qui dit petite couronne dit petit pignon. Par exemple, si on monte une couronne de 88 dents en 64DP, on doit mettre un pignon d'au moins 20 dents sur le moteur, et ce dernier sera très près de l'axe du différentiel. Même avec de petits pneus, cela donne un allongement assez long pour des moteurs inférieurs à 12 tours...

Les marques les plus répandues sur les circuits sont Kimbrough, Dumor (Corally), RW, PRS...Les billes sont le coeur du différentiel. Elles sont soit en acier durci, soit en carbure, soit en céramique. Elles doivent être parfaitement rondes et d'un diamètre précis.

Billes de différentiel

Les billes, d’un diamètre de 3.17mm, sont le coeur du différentiel. Elles sont soit en acier durci, soit en carbure, soit en céramique. Elles doivent être parfaitement rondes et d'un diamètre précis.

Autres

De gauche à droite, on trouve:

l'écrou de serrage du différentiel. Le plus souvent en plastique pour assurer une certaine souplesse de fonctionnement à l'ensemble, il conviendra de faire attention à sa taille pour pouvoir démonter la jante droite sans dérégler le différentiel.
le "cône" de différentiel (au milieu, un de 1/12°, et à droite, un de Pro10). Son rôle est de servir d'intermédiaire entre l'écrou de serrage du différentiel et la bague intérieure du roulement à billes à l'extérieur du moyeu droit.

Sur les différentiels US, on ne trouve quasiment jamais (et cela est fort dommage) de butée à billes, et très rarement (fort dommage également) des rondelles Belleville ou un ressort. Aucune justification technique crédible ne justifie ce manque qui perdure depuis presque 30 ans sur les productions américaines. En pratique, cela fonctionne, mais cette carence exige des entretiens plus fréquents et compromet un peu la constance des performances.

Montage et nettoyage d'un différentiel à billes

Tout d'abord, il est important de toujours garder à portée de main la notice de montage ou un plan éclaté du différentiel. En effet, chaque modèle est un peu différent, même si les conceptions sont généralement assez similaires.

S'assurer tout d'abord d'avoir un plan de travail propre, clair et assez spacieux.

Démonter précautionneusement le différentiel en profitant pour mémoriser l'emplacement de chaque composant. Prendre garde de ne perdre aucune bille (les mettre par exemple dans une coupelle). Eviter les magnets qui aimantent les pièces métalliques, qui s'encrasseront plus par la suite.

Nettoyer et dégraisser soigneusement les différentes parties du différentiel. Les pièces métalliques seront nettoyés à l'alcool à brûler ou au nettoyant moteur, la couronne au liquide vaisselle et à la brosse à dents (idéale pour la denture de la couronne). Eviter si possible, pour les pièces plastiques et les pièces métalliques présentant un traitement de surface tous les solvants type trichlo, acétone, essence, nettoyant frein ou spray moteur trop violent. Dans le cas où les rondelles de différentiel auraient été collées, les laisser tremper un petit moment dans de l'acétone pour dissoudre la colle cyanoacrylate.

Bien laisser sécher l'ensemble.

Du temps où la catégorie Pro 10 était très populaire, il y avait une astuce qui marchait terriblement, et qui curieusement, semble s'être perdue. Les rondelles de différentiel étaient passées au papier de verre (pas du 80 de maçon, mais du 800, 1000, 1200 ou du 2000!) - lubrifié à l'eau ou l'huile, c'est encore mieux - bien à plat et en décrivant des cercles, de façon à ce que les stries du polissage ne soient pas unidirectionnelles. Ceci afin de créer des micro-rayures à leur surface. Ainsi on obtenait un différentiel hyper-libre, sans glissement et surtout en le serrant très modérément, car les micro-stries empêchent le glissement sans nécessiter un couple de serrage important. Pour ceci, on peut employer le moyeu droit pour bien maintenir la rondelle de différentiel.

Pour les pilotes soucieux de leur budget, cette astuce permet de récupérer des rondelles modérément marquées au niveau du chemin de billes.

Pour les billes du différentiel, il convient de toujours employer une graisse de qualité, et obligatoirement silicone. En effet, cette graisse n'a pas pour propriété d'améliorer le coefficient de frottement au niveau des billes. Au contraire (selon ce que pense savoir l'auteur de cet article), les billes ne doivent pas glisser sur les rondelles, car ceci produirait un phénomène tribologique appelé "Stick-Slip", particulièrement nuisible pour la durée de vie du différentiel et aussi dommageable pour les performances (ripage à l'accélération, grippage en courbe).

Cette remarque est encore plus valable en Pro12 et Pro10 où la transmission est très directe et où donc, ce phénomène de "stick-slip" est très vite perceptible. Un mauvais différentiel est souvent synonyme de perte de plusieurs dixièmes de secondes au temps par tour. La graisse silicone pure n'est pas un lubrifiant, mais plutôt un média de transport.elle doit marcher dans les différentiels car elle est très stable d'un point de vue thyxothropique et aux variations de température. Elle doit aussi bien se comporter sous charge. Si l'on utilise dans le différentiel autre chose comme graisse, comme une graisse véritablement lubrifiante, on obtient un résultat désastreux.

La plus utilisée des graisses silicone pour différentiel est la Team Associated. Cependant, l'auteur de l'article lui préfère en Pro12 (et seulement en Pro12 et non en Touring) la graisse IRS. Et ce pour plusieurs raisons:

Son dispenseur sous forme de seringue est fort pratique et permet d'appliquer la graisse très précisemment et sans excès.
La graisse semble moins être sensible à la force centrifuge.
Elle semble assurer dans le cas des Pro12 un différentiel plus constant dans le temps et semble générer moins de "stick-slip", même avec un différentiel peu serré.

Il existe certainement de nombreuses autres marques sur le marché qui doivent proposer d'excellentes graisses silicone.

On l'a déjà dit un peu plus haut, il existe deux types de rondelles, avec ou sans (de plus en plus rare en Pro12 et Pro10) blocage en rotation.

Dans le cas de rondelles avec blocage en rotation, celui-ci est assuré le plus souvent par un méplat, parfois par une découpe spécifique ou plus rarement par une goupille. Dans ce cas, il peut être intéressant d'apposer un léger film de graisse silicone entre la rondelle de différentiel et son emplacement. Cela à deux avantages. Cela colle un peu la rondelle sur son emplacement, donc elle tombera moins facilement lors du remontage, et de plus, cela assurera une sorte de tapis qui peut compenser certains défauts géométriques des pièces.

Dans le cas de rondelles sans blocage en rotation, deux options:

La première, apposer un léger film de graisse silicone (et uniquement silicone) entre la rondelle de différentiel et son logement. Laisser cette surface sèche risquerait d'occasionner des phénomènes et bruits déplaisants. Mais cette solution n'est pas vraiment optimale.
La seconde, coller les rondelles de différentiel. Cette opération doit être réalisée avec un soin extrême. Si on n'est pas sûr de soi, monter selon la première option. Pour coller ces rondelles, il faut parfaitement dégraisser les rondelles et leur emplacement.

Une très fine couche de colle cyanoacrylate (fluide, et de qualité) sera appliquée sur les sorties de différentiel et la rondelle sera disposée immédiatement, le plus à plat possible. Le but de ce collage n'est pas vraiment de réaliser un assemblage, mais d'arrêter la rondelle en rotation. Attendre idéalement plusieurs heures avant de poursuivre le réassemblage du différentiel, car rappelons que si la colle cyanoacrylate a un temps de prise de l'ordre de quelques secondes, ses caractéristiques mécaniques ne sont atteintes qu'au bout de 24h habituellement.

Appliquer un fin film de graisse silicone sur les rondelles.
Insérer les billes dans la couronne. La plupart des couronnes du marché destinées aux Pro10 et aux Pro12 retiennent les billes mécaniquement et donc, elles ne tomberont pas. Les placer dans les emplacements situés sur la rangée de plus grand diamètre (à condition bien sûr qu'elles touchent encore les rondelles ;-). Plus les billes seront éloignées de l'axe, plus le fonctionnement du différentiel gagnera en constance et en douceur. Appliquer sur chacune des billes une fine goutte de graisse silicone.
Point très important, si on perd une bille du différentiel, il ne faut surtout pas en insérer une neuve. En effet, elle n'aura pas le même taux d'usure et le différentiel ne tournera pas rond et grattera. Il faut donc remplacer toutes les billes. Comme cela n'est pas toujours possible de suite, donc on peut enlever la bille du logement en face de celle manquante si la couronne est symétrique, soit laisser le logement vide si elle ne l'est pas. On peut provisoirement rouler comme ceci. Certains pilotent chevronnés ne roulent pas systématiquement avec tous les emplacements de la couronne remplie avec des billes. Les photos précédentes ne montraient que le plateau de l'axe, mais il en sera fait de même pour le moyeu côté droit.
Placer la rondelle et les roulements à billes épaulés sur le moyeu côté droit.
Assembler le tout et s'assurer que tout bouge librement sans bruit suspect ni point dur.
Insérer sur l'axe la bague décolletée ou le cône (de telle sorte qu'elle/il soit en appui uniquement sur le diamètre intérieur du roulement à billes extérieur du moyeu), puis serrer progressivement l'écrou sans forcer.
Réglage du différentiel Le réglage du différentiel se fait idéalement avec l'axe monté sur la voiture et avec les roues en place. Tenir les roues arrières avec les mains et essayer de faire tourner la couronne avec le pouce. Serrer le différentiel jusqu'à ce que la couronne ne glisse presque plus. Ne pas serrer excessivement. Un bon différentiel est un différentiel qui tourne rond, sans grattage ou bruit suspect, librement et sans patinage. Rouler un premier pack et vérifier et/ou ajuster le serrage.

Astuces

Quand le différentiel gratte encore malgré un montage que l'on pense impeccable et des composants en bon état, la cause en est certainement le roulement extérieur du moyeu côté droit, même s'il semble en bon état.
Comme dit précédemment, les différentiels des Pro10 et Pro12 ne possèdent presque jamais de système ressort (ressort de compression ou empilement de rondelles Belleville). C'est une bague décolletée ou un cône qui est en appui sur sa bague intérieure. Autant dire que ce petit roulement ne travaille pas vraiment mécaniquement et vieillit très vite.
Une première solution est dans un premier temps d'inverser les deux roulements épaulés du moyeu côté droit, celui placé à l'intérieur étant moins sollicité si on n'a pas la possibilité de le changer de suite.

Une astuce pour prévenir ce problème est expérimentée depuis quelques temps avec succès par l'auteur de cet article. La bague décolletée ou le cône a été remplacé par un ensemble composé d'un ressort issu d'un Hydradrive/Slipper d'un Team Losi XX et d'une rondelle fine (".015 Thick Axle Shims ", généralement livrée dans les kits de Pro10 et Pro12 type US pour caler symétriquement l'axe du différentiel). Cette dernière viendra en appui uniquement sur la bague intérieure du roulement extérieur du moyeu côté droit. Monté ainsi, et malgré l'absence toujours manifeste d'une butée à billes, le différentiel est incroyablement plus doux et constant, mais surtout les entretiens sont grandement espacés. Bref, cette malheureuse rondelle et ce simple ressort font merveille!
Sur la photo ci-contre, en (1) se trouve la rondelle fine de calage d'axe de différentiel, en (2) le ressort et en (3) une simple rondelle de diamètre intérieur 4mm pour que l'écrou en plastique appuie proprement sur le ressort.

Autres informations utiles

Certains pilotent en compétition rodent les différentiels. Ceci est plutôt une bonne idée, si et seulement si ce rodage ne sert pas à solutionner un bruit suspect ou à essayer de faire tourner rond un différentiel en espérant que les composants se mettent en place. Un rodage doit se faire sur un différentiel parfaitement libre, sans point dur, et doit servir principalement à homogénéiser le film de graisse et à fignoler le réglage de différentiel (car en compétition, on a rarement le temps d'effectuer un premier pack pour le vérifier). Un rodage sur un différentiel imparfait peut se révéler catastrophique.

Pour se faire, alimenter sous faible tension le moteur (avec les fils du variateur déconnectés bien sûr) avec un motor-checker par exemple, et bloquer successivement chacune des roues environ 30 secondes à une minute.

Textes et photos de Georges.