A la fois complexe à expliquer et simplement résolu avec la machine approprié, l’équilibrage des roues passe par des lois physiques à connaître pour limiter les problèmes.
L’équilibre cinétique défie les lois mécaniques traditionnelles de la gravité. La rotation des roues met en jeu des forces qui s’affranchissent de la mesure statique classique. Les efforts qui déséquilibrent une roue sont désignés sous le nom de balourds. Ils peuvent agir sur l’équilibre statique, mais sont plus compliqués en dynamique, quand la roue tourne autour de son axe.
Problématique
La roue est un ensemble de composants qui peuvent être des masses irrégulières, 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 balourd.
Les balourds se manifestent sous 2 formes, le balourd statique et le balourd dynamique, soit de couple. Chacun se distingue par son positionnement sur la pièce en mouvement, par son emplacement et son action sur la rotation.
Le déséquilibre de la roue.
A - Equilibre statique correct, le centre de gravité de la roue est sur l'axe de rotation
B - Equilibre statique incorrect, les efforts tirent la roue vers le haut et vers le bas (force centrifuge) ;
C - Equilibre dynamique incorrect, le centre de gravité est bien dans l'axe de rotation, mais les forces exercées par les balourds entraînent la roue en torsion hors de son axe de rotation.
D - Equilibre dynamique corrigé, les masses ramènent le centre de gravité au centre de rotation de la roue.
Balourd statique
En statique, ce sont les efforts de la gravité sur les masses qui tournent autour de l’axe de la roue. Le balourd déplace le centre de gravité de la roue hors de l'axe de rotation. Il induit lors de la rotation une force centrifuge qui tend à accroitre la force contre le sol ou à l’opposé. La roue vibre contre le sol, en augmentant son poids lors du passage du balourd vers le sol et en l'allégeant au point haut, en entraînant un rebond qui peut être accentué par l’élasticité du pneu. La correction est réalisée par la mise en place d'une masse équivalente au balourd, symétriquement 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 2 axes sont dissociés, les balourds vont entraîner la roue dans un mouvement conique de son axe de rotation. Ce mouvement fait travailler les éléments qui entourent la roue et la maintiennent : roulements de moyeu, articulations de suspension et de la direction.
Effet du balourd de couple : les forces F' déséquilibrent la roue autour de son axe en rotation. L'action est sensible sur les articulations de la suspension selon deux efforts F1 et F2.
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 disposées cachés derrière les rayons de la roue, selon un "programme d'optimisation" que propose la machine d'équilibrage.