Abundan las diferencias entre los sistemas tradicionales de transmisión doble con piñón y cremallera, los diseños basados ​​en piñón dividido y los sistemas de piñón y rodillo.

Desde la industria aeroespacial hasta la maquinaria, el corte de vidrio, la medicina y más, los procesos de fabricación dependen de un control de movimiento fiable. Diversos sistemas de accionamiento lineal servocontrolados proporcionan la velocidad y la precisión que requieren estas aplicaciones.
Una configuración común combina servocontroles con un sistema de cremallera evolvente tradicional. Este último puede requerir holgura entre la cremallera y los dientes del engranaje para evitar atascos y un desgaste excesivo; de lo contrario, los cambios ambientales (como una variación de temperatura de 10°) pueden bloquear el sistema al expandirse los dientes del engranaje. Por otro lado, la holgura genera holgura, lo que equivale a un error.

Problemas de holgura en piñones gemelos y partidos
Para aplicaciones de precisión, una solución típica al problema de holgura es agregar un segundo piñón que tira en la otra dirección (contra el primer sistema) para actuar como control.

Una versión de esta idea es usar un piñón partido. En este caso, el piñón se corta por la mitad lateral, con un resorte entre las dos mitades. A medida que el piñón partido se desplaza por una cremallera, la primera mitad empuja un lado de un diente de la cremallera y la otra mitad, el siguiente. De esta manera, la configuración de piñón partido elimina el juego y los errores.

En este caso, dado que solo la mitad del piñón realiza trabajo, mientras que la otra mitad actúa como control, la capacidad de par es limitada. Además, dado que la dinámica de accionamiento debe superar la fuerza del resorte, se produce una pérdida de movimiento, lo que disminuye la eficiencia general. Al acelerar, el resorte también puede ceder ligeramente, lo que reduce la precisión del movimiento. Finalmente, cuando el piñón se detiene para realizar una operación, como taladrar, el sistema de resorte del piñón puede flexionarse ligeramente, en lugar de permanecer rígido.

Otra solución para la holgura consiste en un sistema de piñón doble. En esta configuración, dos piñones separados se mueven a lo largo de la misma cremallera. Los piñones actúan como maestro/esclavo: el piñón principal (maestro) realiza el posicionamiento y el secundario (esclavo) contrarresta la holgura. Normalmente, los piñones se controlan electrónicamente, por lo que se mantiene la precisión y se pueden ajustar los ajustes de control para compensar el desgaste del sistema.

¿Cuál es el problema? Los sistemas de doble piñón pueden ser costosos, ya que los diseñadores suelen tener que adquirir un segundo motor, piñón y caja de cambios. Además, el espacio de diseño debe aumentar: un segundo motor requiere mayor longitud para ejecutar la maniobra. Por ejemplo, si un usuario necesita que el sistema de control de movimiento se mueva alternativamente un metro, se requiere una cremallera de 1,2 o 1,3 m para acomodar el segundo piñón, que se desplaza entre 200 y 300 mm por detrás del primero. Por último, el coste de alimentar dos motores es considerable durante un ciclo de vida útil típico de cinco a diez años.

El funcionamiento sin juego de los accionamientos de piñón y rodillo es adecuado para aplicaciones de carrera larga, como esta máquina fresadora.
Otra opción: Piñones de rodillos
La tecnología de piñón de rodillos incluye un piñón compuesto por rodillos soportados por rodamientos que engranan con una cremallera con un perfil de diente personalizado. Dos o más rodillos se conectan con los dientes de la cremallera en oposición constante, para ofrecer mayor precisión que los sistemas de transmisión por piñón partido y piñón fijo. En resumen, cada rodillo se aproxima a cada cara del diente en una trayectoria tangente y luego rueda por ella para un funcionamiento de baja fricción con una eficiencia superior al 99 % en la conversión de movimiento rotatorio a lineal.

El piñón está compuesto de rodillos soportados por cojinetes que acoplan un perfil de diente personalizado.
El diseño no tiene resorte que se colapse y reduzca la precisión, y no se pierde eficiencia al superar la fuerza del resorte. Además, la acción del rodillo no requiere holgura, lo que elimina el juego y los errores. En cambio, en un sistema tradicional de piñón y cremallera, un diente del piñón debe empujar un lado del diente de la cremallera y pasar inmediatamente al siguiente.

Un piñón de rodillos flanquea diferentes dientes simultáneamente, atravesando un lado de un diente y dejando espacio libre con otro. No se necesita un segundo piñón para contrarrestar al primero; un solo piñón transmite con precisión la capacidad de par necesaria.

Los diseños de piñón y rodillo también prolongan la vida útil y reducen el mantenimiento. En aplicaciones más lentas, el sistema puede funcionar sin lubricación. Las cremalleras tradicionales se desgastan con el tiempo y requieren compensación para la precisión de posición y el par, pero los piñones de rodillo mantienen la precisión. Los piñones de ambos diseños requieren reemplazo periódico, pero al menos en comparación con los piñones dobles, el costo total de reemplazo de un piñón de rodillo es menor.

Ejemplos de aplicación
Considere la producción de grandes paneles de fuselaje de aeronaves. Esta aplicación puede requerir una gran longitud de recorrido y alta precisión en máquinas de tipo pórtico. Los accionamientos de rodillos-piñón proporcionan un posicionamiento lineal preciso en estas largas distancias.

Por el contrario, la precisión posicional tradicional de la cremallera y el piñón puede ser insuficiente debido a los requisitos de holgura; una holgura mínima mantiene la precisión en recorridos cortos, pero el diseño puede resultar costoso de fabricar e instalar en largas distancias. También se puede implementar un sistema de piñón doble (con dos piñones precargados uno contra el otro), pero es costoso y, por lo general, tampoco permite la holgura variable que se produce en largas distancias.

Otro uso común de un sistema de doble piñón es el posicionamiento de un cabezal de corte en una fresadora de fibra de vidrio. Si bien el accionamiento de doble piñón puede funcionar inicialmente bien en esta aplicación, la combinación de polvo de fibra de vidrio y la fricción constante por deslizamiento del piñón opuesto puede causar un desgaste prematuro. Mediante un sistema de rodillos y piñones, que utiliza rodamiento en lugar de deslizamiento, la vida útil puede aumentarse en un 300 % o más.

También se puede utilizar una versión rotatoria del sistema de rodillos y piñones para realizar posicionamiento multieje. En este caso, se montan varios piñones (cada uno con movimiento independiente) en un solo engranaje. Este diseño ocupa menos espacio que los accionamientos de doble piñón que suelen emplearse en estas aplicaciones.