Une denture hélicoïdale taillée à 20° d’angle d’hélice pousse son arbre dans l’axe avec une force égale à environ 36 % de l’effort tangentiel transmis. L’engrenage à chevrons accole deux hélices de sens opposés sur la même roue : leurs poussées axiales s’annulent, la douceur d’engrènement reste acquise et les butées lourdes disparaissent. Ce gain se paie. Le taillage se complique, l’alignement devient exigeant, et l’un des deux arbres doit pouvoir flotter axialement, faute de quoi une demi-denture travaille plus que l’autre.
En bref
- Poussée axiale d’une hélice : Fa = Ft × tan β, annulée par la symétrie des deux demi-dentures.
- Deux architectures : chevron continu ou double hélice à gorge centrale, qui admet la fraise-mère.
- Un seul arbre est fixé axialement, l’autre reste libre.
- Usages : turbines, broyeurs, concasseurs, propulsion marine.
Qu’est-ce qu’un engrenage à chevrons ?
Un engrenage à chevrons est une roue cylindrique dont chaque dent dessine un V : une moitié suit une hélice à droite, l’autre une hélice à gauche, avec le même angle β. On parle aussi de double hélice. Les catalogues entretiennent une confusion, car l’engrenage double étage (ou « double couche ») désigne deux roues coaxiales de nombres de dents différents, comme ces pignons en laiton de module 0,4 à 10 et 30 dents vendus pour le modélisme. Le chevron réunit sur une seule roue un seul nombre de dents et deux sens d’hélice. Son profil de dent reste une développante de cercle dans le plan normal.
Pourquoi une denture double : neutraliser la poussée axiale
Le défaut de la denture hélicoïdale simple
L’effort normal sur une dent hélicoïdale se décompose en trois composantes : tangentielle, radiale et axiale. La composante axiale vaut Ft × tan β, soit près de 27 % de l’effort tangentiel à 15° et environ 58 % à 30°. Pour transmettre un couple élevé, il faut des paliers dimensionnés pour cette poussée. NORD met ainsi en avant la capacité de charge axiale du carter UNICASE de ses réducteurs hélicoïdaux MAXXDRIVE, annoncés jusqu’à 260 000 Nm et 4 000 kW.
Deux hélices opposées qui s’équilibrent
Chaque demi-denture du chevron produit une poussée de même intensité, puisque l’angle et la largeur sont identiques, mais de sens opposé. La résultante sur l’arbre devient nulle et les roulements travaillent en radial. Le concepteur peut alors ouvrir l’angle d’hélice au-delà de ce qu’accepterait une hélicoïdale simple. Le rapport de recouvrement augmente, davantage de dents partagent la charge et l’engrènement gagne en progressivité. La compensation exige que les deux moitiés portent la même charge : le pignon flottant, libre axialement, se centre de lui-même sur la roue fixée. Dans les dossiers de réducteurs que j’ai documentés, un jeu axial bloqué au montage revient souvent derrière l’usure dissymétrique d’une hélice.
Chevron continu ou double hélice à gorge : un enjeu de fabrication
Le chevron continu, dont les hélices se rejoignent à la pointe du V, refuse la fraise-mère : en sortant d’une hélice, l’outil entaillerait l’autre. Parmi les procédés de génération que recense Techniques de l’Ingénieur (outil-crémaillère, fraise-mère, outil-pignon), il reste les deux procédés à mouvement alterné, sur machines spécifiques de type Sykes. La rectification y reste délicate.
La double hélice à gorge centrale sépare les deux moitiés par une rainure de dégagement. Chaque hélice se taille alors à la fraise-mère puis se rectifie, ce qui autorise un acier traité par trempe et une meilleure précision. La gorge allonge pourtant la roue sans transmettre d’effort. Les deux hélices doivent aussi être indexées l’une par rapport à l’autre pour que le pignon trouve son équilibre.
Chevrons, denture droite ou hélicoïdale : quel compromis ?
Le chevron offre la meilleure capacité de charge et un fonctionnement silencieux, contre un coût et des tolérances de montage supérieurs.
| Critère | Droite | Hélicoïdale | Chevrons |
|---|---|---|---|
| Poussée axiale | Nulle | Ft × tan β | Résultante nulle |
| Bruit | Élevé | Faible | Faible |
| Capacité de charge | Moyenne | Élevée | Très élevée |
| Coût de taillage | Faible | Modéré | Élevé |
| Alignement | Tolérant | Exigeant | Très exigeant |
| Position axiale | Libre | Butée | Un arbre flottant |
Les engrenages droits conservent la simplicité, jusque dans les roues haute résistance à insert métallique de VEX Robotics distribuées par Pierron.
Où trouve-t-on des engrenages à chevrons ?
Le chevron se justifie dès que puissance et vitesse rendent une butée axiale coûteuse ou fragile. Le fabricant GSI cite notamment :
- les turbines, où la vitesse élevée rend la réduction des vibrations précieuse ;
- les broyeurs et concasseurs de mines et carrières ;
- les transmissions et systèmes de propulsion marine ;
- les réducteurs de machines-outils.
Les grandes couronnes de broyeurs de cimenterie, de gros module, s’ébauchent même à la fraise-disque à lames carbure avant finition.
FAQ
Quelle est la formule pour calculer le module d’un engrenage ?
Le module vaut m = d / z, avec d le diamètre primitif et z le nombre de dents, soit aussi le pas divisé par π. Pour une denture droite normalisée, le diamètre extérieur vaut m × (z + 2). Sur une denture hélicoïdale ou à chevrons, distinguez module normal et module apparent : mt = mn / cos β.
Quels sont les différents types de pignons ?
Arbres parallèles : dentures droites, hélicoïdales, à chevrons, et crémaillère. Arbres concourants : engrenages coniques, dont les dentures spirales Gleason. Arbres croisés : vis sans fin. Le double étage associe deux roues coaxiales. Pour identifier une roue inconnue, comptez ses dents, mesurez son diamètre extérieur et relevez le diamètre de l’alésage avant de commander la roue conjuguée.
Ingénieur en physique appliquée de 35 ans, je combine rigueur scientifique et passion pour la communication. Rédacteur scientifique, j’aime rendre accessibles des concepts complexes à un large public.
