Les engrenages intérieurs et les couronnes dentées sont les héros discret des transmissions compactes à couple élevé. Contrairement aux roues droites externes, dont les dents sont tournées vers l'extérieur, un engrenage intérieur porte ses dents taillées sur la face interne d'une bague ou d'un cylindre et engrène avec un pignon externe plus petit dans une disposition de type solaire-planétaire. Cette géométrie loge plus de puissance dans moins d'espace que n'importe quel étage à arbres parallèles, ce qui explique pourquoi les réducteurs planétaires recourent à une couronne pour quasiment tout rapport de réduction supérieur à trois pour un. Pour l'acheteur, la couronne n'est pas une pièce de plus sur la nomenclature ; c'est l'élément qui fixe la densité de couple, la réserve de jeu et le risque de déformation après traitement thermique pour l'ensemble du réducteur. Si la couronne est mal dimensionnée, aucune précision sur le solaire ou les planétaires ne rattrapera le bruit, le rendement ou la durée de vie.
Un train planétaire, ou épicycloïdal, comporte trois éléments concentriques : un solaire central, plusieurs planétaires portés par un porte-planétaires rotatif et une couronne extérieure dont les dents intérieures engrènent simultanément avec chaque planétaire. Les planétaires orbitent autour du solaire tout en tournant sur leur propre axe, répartissant le couple d'entrée sur trois, quatre, voire cinq points de contact en même temps. Comme la charge est partagée, un étage planétaire transmet plusieurs fois plus de couple qu'un étage à une seule roue droite de même diamètre primitif, et les efforts radiaux sur les arbres centraux s'annulent en grande partie, ce qui réduit les roulements et la taille du carter. Le rapport de réduction dépend de l'élément qui est maintenu, de celui qui est entraîné et de celui qui devient la sortie. Couronne fixe et solaire en entrée, le porte-planétaires devient la sortie et le rapport vaut un plus le nombre de dents de couronne divisé par le nombre de dents du solaire. Si l'on maintient le porte-planétaires et que l'on entraîne la couronne, on obtient l'inverse ; verrouiller deux éléments ensemble transforme le train en un accouplement rigide sans réduction. Cette souplesse à trois éléments explique pourquoi les engrenages planétaires équipent les boîtes automatiques, les transmissions de roues et les véhicules à chenilles, où plusieurs gammes de vitesse tiennent dans un seul carter compact. Les dents intérieures de la couronne sont toujours en contact simultané avec plusieurs planétaires, donc leur précision de pas, leur concentricité et leur battement déterminent directement la douceur du partage du couple et le niveau sonore de l'étage. Une couronne qui tourne excentrée charge un planétaire plus que les autres et gâche précisément le partage de charge que l'architecture planétaire est censée apporter.
Tailler des dents à l'intérieur d'une bague est un problème différent du taillage par génération à l'extérieur, et trois méthodes dominent le domaine. La taillage par pignonneuse utilise un outil en forme de pignon qui se déplace en va-et-vient dans l'alésage, générant les dents une à une avec des modifications de profil maîtrisées ; c'est le choix par défaut pour des séries moyennes, une bonne précision et des pièces qui comportent déjà alésage, bride ou face de montage usinés. La taillage fonctionne pour quasiment tout diamètre de couronne et atteint des dépouilles et des évitements que d'autres méthodes ne peuvent pas atteindre, mais il enlève la matière course après course, ce qui allonge le cycle avec le nombre de dents et le diamètre. Le brochage pousse un outil multidenté à travers la bague en une seule passe, produisant des temps de cycle très courts pour des engrenages intérieurs de profil simple en grande série ; le coût de l'outil et la nécessité d'un alésage débouchant le rendent non économique pour les courtes séries, les grands diamètres ou les géométries complexes. L'érosion-fil usine le profil par un fil chargé, sans aucun effort de coupe, ce qui permet de travailler des matériaux trempés et des bagues minces sans déformation ; elle est lente et coûteuse à la pièce, mais c'est le bon choix pour les petites séries de haute précision ainsi que pour les prototypes et les réparations où un brocheur spécial n'est pas rentable. Le compromis précision-coût suit une logique nette : la taillage donne l grade ISO sept à neuf sur une pièce de production courante, le brochage tient le grade huit à neuf en grande série, et l'érosion-fil peut atteindre le grade cinq ou six sur acier trempé, mais avec une fraction de la productivité. L'acheteur doit adapter le procédé à la fois au volume annuel et à la classe de précision requise, plutôt que de reprendre par défaut la méthode que l'atelier connaît le mieux.
Les couronnes intérieures vivent au cœur du partage de couple d'un étage planétaire, donc leurs dents exigent une surface dure et résistante à l'usure avec un cœur tenace dessous. La cémentation suivie de trempe reste la voie la plus courante pour les couronnes lourdes, produisant une couche durcie d'environ un millimètre sur des aciers alliés comme le 20CrMnTi ou le 18CrNiMo7-6. Le vrai défi est la déformation : les bagues minces peuvent devenir ovales ou se vriller pendant la trempe, et comme les dents sont à l'intérieur, la rectification cylindrique après traitement thermique est malaisée et coûteuse à appliquer sur les flancs eux-mêmes. La trempe superficielle par induction localise la chaleur dans les creux de dents, réduisant la déformation par rapport à la cémentation intégrale et convenant aux grandes couronnes qu'on ne pourrait pas tremper au four de manière réaliste. La nitruration travaille à plus basse température et produit presque aucun déplacement dimensionnel, ce qui la fait préférer pour les couronnes de précision, les petites séries ou les pièces qui doivent conserver une forme proche du net après traitement ; la contrepartie est une couche plus mince et une capacité de charge en contact plus faible, donc les couronnes nitrurées conviennent aux services plus légers ou aux étages plus silencieux et à couple plus bas. Les concepteurs maîtrisent la déformation en serrant la bague sur un mandrin pendant la trempe, en utilisant la trempe sous presse pour les couronnes critiques et en laissant une petite surépaisseur de rectification sur les alésages et les faces pour retrouver les surfaces de référence après traitement. Les flancs intérieurs restent en général à l'état brut de formage après traitement thermique, à moins que le bruit ou la précision n'exigent une opération de finition comme la rectification ou l'ébavurage par l'intérieur de la bague, car rectifier l'intérieur d'une couronne est plus lent et plus coûteux que de finir un engrenage externe.
La combinaison d'une densité de couple élevée et d'un alignement coaxial entrée-sortie est ce qui fait des réducteurs planétaires le choix par défaut quand l'espace et le poids sont contraints. Les engins de chantier utilisent des roues planétaires et des entraînements de chenilles à la transmission finale, parce qu'un carter compact peut multiplier le couple moteur plusieurs fois tout en gardant les roues proches du châssis de chenille. Les entraînements de pas et de lacet des éoliennes reposent sur des réducteurs planétaires multi-étages qui tiennent la position sous des charges fluctuantes de rafales, où le jeu et la rigidité torsionnelle comptent autant que le rendement brut ; et une couronne défaillante signifie une intervention coûteuse en hauteur. Les robots industriels utilisent des réducteurs planétaires de précision aux articulations, où le jeu faible, la répétabilité et le fonctionnement silencieux pèsent plus que le rendement absolu. Les ponts moteurs de camions et d'autobus utilisent des moyeux planétaires pour partager le couple sur plusieurs engrènements, réduisant la charge unitaire par dent et permettant un tube de pont plus petit et plus léger que dans une conception à réduction simple. Les mines lourdes, les propulseurs marins et la traction ferroviaire tirent parti de la même géométrie parce qu'elle offre le couple par unité de volume le plus élevé de toute disposition d'engrenages réalisable en fabrication pratique. Dans tous ces secteurs, la couronne dessine souvent l'enveloppe physique de l'ensemble du réducteur : son diamètre extérieur devient le diamètre du carter, et son cercle de boulons ou son interface cannelée devient la connexion à la machine. Pour l'acheteur OEM, la couronne est souvent la pièce sur mesure au délai le plus long du réducteur, parce que son alésage, sa bride et ses dents intérieures doivent s'accorder au carter et au porte-planétaires dans des tolérances de concentricité serrées, et parce que le traitement thermique des grandes couronnes fait la queue dans la plupart des ateliers.
Lorsqu'on s'approvisionne en couronne intérieure sur mesure, donnez au fournisseur les données qui pilotent réellement le devis. Le module et le nombre de dents fixent la géométrie et doivent s'accorder avec le solaire et les pignons planétaires sur la distance au centre de conception. La classe de précision requise, exprimée en classe ISO 1328 ou DIN 3961, décide si la taillage seul suffit ou s'il faut rectification, ébavurage ou érosion-fil. La spécification matière et traitement doit nommer à la fois l'acier, la profondeur de couche, la plage de dureté et les limites de déformation sur l'alésage et la face de montage. Enfin, décrivez l'environnement de montage : la couronne est-elle boulonnée au carter, cannelée dans un porte-planétaires, et quel jeu et quel battement l'étage fini doit-il tenir. Avec ces six éléments sur le plan ou la demande de cotation, le fournisseur peut proposer un procédé réaliste, un délai et un prix plutôt que de deviner. Les engrenages intérieurs et les couronnes sont des pièces spécialisées, mais un jeu clair de paramètres les fait passer d'une demande en boîte noire à un devis comparable et fabricable, que les deux parties peuvent signer en confiance.