Montage et entretien d'un différentiel à billes
en Supertourisme et Tout-Terrain 1/10° électriques

Edité le 28/07/2000.
Réactualisé le 08/06/2006.
Textes et photos de Georges.

Les différents composants d'un différentiel à billes.

Le différentiel montré en photos dans cet article est d'origine Hudy. Il est assez représentatif des productions actuelles en Touring et Tout-Terrain 1/10° électrique. Les différentiels type Pro10 et 1/12° électrique feront l'objet d'un article séparé.

Les sorties de différentiel

Les sorties de différentiel sont le plus souvent asymétriques. Elles sont généralement moulées en polymère plus ou moins chargé de fibres, usinées ou moulées en Delrin ou usinées dans de l'aluminium, de l'acier ou du titane allié.

Il est important de surveiller leur usure, car que le différentiel puisse recevoir ou non des cardans équipés d'embouts de cardan type blade, il est important que la transmission tourne sans point dur. Si les sorties du différentiel sont creusées par la goupille du cardan, il peut en résulter des points durs dans la transmission qui occasionneront un comportement bizarre, voir imprévisible sur la piste.

La couronne centrale

La couronne centrale est une poulie pour les transmissions à courroies et un couple conique pour les transmissions à cardan. Elle accueillera les billes du différentiel. Elle est généralement moulée en polymère plus ou moins chargé de fibres ou usinée ou moulée en Delrin. Il est très rare qu'elle soit métallique pour un différentiel, car le frottement au niveau du contact avec les billes serait très mauvais, voir catastrophique avec de l'aluminium.Ce n'est pas systématique, mais lorsque le différentiel est exposé (sans carter), il peut être parfois équipé de flasques de protection. Ils sont en plastique moulé comme sur la photo ci-contre, et sont soit collés ou clipsables. Il est parfois possible d'en fabriquer en vynil autocollant pour certaines autos (Tamiya TRF415 par exemple).

Flasques

Ce n'est pas systématique, mais lorsque le différentiel est exposé (sans carter), il peut être parfois équipé de flasques de protection. Ils sont en plastique moulé comme sur la photo ci-contre, et sont soit collés ou clipsables. Il est parfois possible d'en fabriquer en vynil autocollant pour certaines autos (Tamiya TRF415 par exemple).

Rondelles de différentiel

Les rondelles de différentiel sont les principales pièces 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).

Billes de différentiel

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.

Théoriquement, plus elles sont dures, mieux c'est. Cette théorie ne se vérifiera pas toujours dans la réalité, car une bille trop dure ne peut pas compenser des défauts géométriques dans le moulage ou l'usinage des sorties de différentiel ou des défauts de planéité des rondelles. Un différentiel bien conçu et réalisé sera amélioré par l'apport de billes extra-dures, mais un différentiel imparfait à la base sera encore pire avec cette option.
Un cas particulier est celui des différentiels avec des sorties en Delrin; si le grade de cette matière est mal choisi par le construction, il peut y avoir une dilatation de celui-ci au moindre échauffement (qui peut être étonnament important dans un différentiel à billes) conduisant à un différentiel parfait en statique et médiocre sous charge. Des billes extra-dures risqueraient d'aggraver le problème.
Dans tous les cas, ces billes extra-dures doivent être également associées à des rondelles de qualité suffisante.

Roulements à billes ou bagues

Pour assurer le bon guidage de l'ensemble, le différentiel a besoin de deux roulements ou deux bagues (en bronze généralement). Le roulement, dans cette application particulière qu'est le différentiel, n'est pas forcément meilleur que la bague, et ceci dans le cas des sorties de différentiels en plastique ou en composite. En effet, l'usage de roulements est délicat dans ce cas car il y a risque de fusion par friction. Un bon exemple sont les différentiels version composite des Team Associated TC3 et TC4 qui fonctionnent très mal quand on change les bagues en bronze d'origine par des roulements. Par contre, les différentiels version métallique de ces mêmes châssis fonctionnent mieux avec des roulements à billes.

Butée à billes

La butée à billes est également un élément très important pour le bon fonctionnement du différentiel. Elle est généralement composée de eux rondelles (dont le chemin de billes peut être fraisé ou non) et de billes, maintenus ou non ensemble par une cage (parfois par une sorte de grille métallique - à éviter -, par une pièce en plastique - à éviter aussi -, ou par une pièce en bronze, le meilleur choix d'un point de vue construction). Dans le cas où les petites billes ne soient pas maintenues par une cage, il faut éviter qu'elles ne forment un cercle jointif.

Vis de serrage du différentiel

Cette vis, qui peut adopter des formes assez variée suivant les modèles, solidarise l'ensemble des composants du différentiel et permet de régler la dureté du différentiel.

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, les pièces plastiques au liquide vaisselle et à la brosse à dents (idéale pour la denture de la couronne). Eviter, 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 avaient été collées aux sorties, 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 les pilotes soucieux de leur budget, cette astuce permet de récupérer des rondelles modérément marquées au niveau du chemin de billes.

Seconde astuce, les rondelles seront retravaillées au papier de verre ou à la mini-perceuse pour arrondir les deux bords du diamètre intérieur. Le but du jeu est que les rondelles reposent (et dans notre cas soient collées) le plus à plat. Ensuite, toujours pour la même raison, on vérifiera sur les sorties de différentiel que l'angle qui accueille le diamètre intérieur de la rondelle n'ait pas bavure ou autre imperfection géométrique.

Il existe, outre les différents diamètres, deux types de rondelles, avec ou sans blocage en rotation.

Dans le cas de rondelles avec blocage en rotation, celui-ci est assuré le plus souvent par un méplat. Dans ce cas, il peut être intéressant d'apposer un léger film de graisse silicone entre la rondelle de différentiel et son logement sur la sortie de différentiel. Cela à deux avantages. Cela colle un peu la rondelle sur la sortie, 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 sur la sortie de différentiel (comme le recommande X-Ray pour ses autos par exemple). Laisser cette surface sèche risquerait d'occasionner des phénomènes et bruits déplaisants.

  • La seconde, coller les rondelles de différentiel. Tous les pilotes ne sont cependant pas adeptes de cette méthode et montent selon la notice, soit pour des raisons techniques, soit pour des raisons pratiques. 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 sorties de différentiel et les rondelles.
    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.

Lors de la phase de remontage, il faut employer obligatoirement les bonnes graisses au bon endroit, car leur choix n'est pas fait au hasard.

Concernant la butée à billes, elle sera préalablement nettoyé avec un chiffon doux non pelucheux, sans solvant pour ne pas déloger le lubrifiant emprisonné dans le cerclage en bronze. Elle sera ensuite imprégnée de graisse adaptée, comme par exemple la graisse noire Team Associated, HPI, MuchMore, etc... En effet, il s'agit d'une graisse chargée au molybdène et/ou au graphite, apte à supporter une forte pression tout en offrant un assez faible coefficient de friction. Les graisses au silicone ou au téflon, par exemple, dégénèreraient très rapidement dans une butée à bille, car les charges de la graisse seraient écrasées.

Un empilement de rondelles Belleville ou un ressort de compression assez ferme assure la fonction ressort au niveau de la vis de serrage du différentiel. Curieusement, certaines marques privent leurs différentiels de cette fonction ressort, et ceci sans qu'aucune explication technique sérieuse n'arrive à expliquer ce choix. Dommage, car cette solution simple assure plus de facilité et de constance de réglage au différentiel.

Lors du remontage, bien vérifier le sens d'empilement des rondelles Belleville, ou si cette fonction est assurée par un ressort, s'assurer que celui-ci n'est pas fatigué (trop écrasé).

Bien vérifier que le ressort ou les rondelles Belleville ne soient pas bridés ni en translation, ni en rotation dans le logement qui leur est alloué dans la sortie de différentiel.

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 la théorie de 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). 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.

On appose tout d'abord un film fin de graisse silicone sur la rondelle (idéalement celle du côté de la sortie de différentiel présentant un pion de centrage pour faciliter le remontage).

On positionne ensuite la couronne.

Les billes du différentiel seront placées dans leur logement,

Puis une goutte de graisse silicone sera apposée sur chacune d'elles.

La plus utilisée des graisses silicone pour différentiel est la Team Associated.

La graisse X-Ray donne d'excellents résultats également, mais il existe de nombreuses marques sur le marché qui doivent en proposer des excellentes (MuchMore, Team Losi, HPI, Hybrid, Schumacher, etc.).

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, soit on peut enlever la bille du logement en face de celle manquante si le différentiel est symétrique, soit laisser le logement vide s'il ne l'est pas. On peut provisoirement rouler comme ceci.

Remonter l'ensemble en suivant les préconisations de la notice.

Réglage du différentiel

Les constructions des différentiels à billes diffèrent sensiblement suivants les constructeurs, mais le principe de réglage reste globalement le même : on immobilise la vis de serrage (par exemple, ici en insérant une clef dans le trou de la sortie de différentiel qui coïncide avec un trou dans la tête de la vis de serrage) et on serre la sortie de différentiel du côté opposé à la vis.

Serrer le différentiel jusqu'à ce que la couronne ne glisse presque plus en bloquant les deux sorties. Ne pas trop serrer, car il peut arriver sur certains modèles que la vis de serrage casse.

Monter le différentiel dans l'auto et re-vérifier le serrage. Tenir avec une main une des roues et avec le pouce de la même main la couronne. Essayer de faire tourner l'autre roue avec l'autre main. Si elle tourne trop facilement, cela signifie que le différentiel n'est pas assez serré.

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.

Autres informations utiles

On trouve sur le marché deux types d'outils, qui bien qu'ils ne soient pas rigoureusement indispensables, facilitent la vie:

Les outils de blocage de différentiel. Il s'agit d'une forme en U qui bloque simplement les deux sorties de différentiel et permet de tester le glissement de la couronne de façon ergonomique. De très nombreuses marques en proposent (RC Maniax, Take-Off, Kose, MuchMore, Hybrid, Team Losi, etc...)

Les outils de mesure de réglage de différentiel (de marque Neur'one RC par exemple). Assez rares sur le marché, ils permettent un réglage reproductible du serrage du différentiel entre deux démontages. Ils fonctionnent généralement sur le même principe qu'un tournevis dynamométrique.

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 (brushed! - 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.