परंपरागत रैक और पिनियन ट्विन ड्राइव, स्प्लिट-पिनियन-आधारित डिजाइन और रोलर-पिनियन सिस्टम के बीच व्यापक अंतर मौजूद हैं।

एयरोस्पेस से लेकर मशीन टूलिंग, ग्लास कटिंग, चिकित्सा और अन्य क्षेत्रों तक, विनिर्माण प्रक्रियाएं विश्वसनीय गति नियंत्रण पर निर्भर करती हैं। इन अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक गति और सटीकता प्रदान करने के लिए विभिन्न सर्वो-नियंत्रित रैखिक ड्राइव सिस्टम उपलब्ध हैं।
एक सामान्य सेटअप में सर्वो नियंत्रण को पारंपरिक इनवोल्यूट रैक और पिनियन के साथ जोड़ा जाता है। बाद वाले में, जाम और अत्यधिक घिसाव को रोकने के लिए रैक और गियर के दांतों के बीच पर्याप्त जगह की आवश्यकता होती है, अन्यथा पर्यावरणीय परिवर्तन (जैसे 10 डिग्री तापमान परिवर्तन) के कारण गियर के दांत फैल जाते हैं और सिस्टम जाम हो सकता है। दूसरी ओर, इस अधिक जगह के कारण बैकलैश उत्पन्न होता है, जो त्रुटि के समान है।

ट्विन और स्प्लिट पिनियन में क्लीयरेंस संबंधी समस्याएं
सटीक अनुप्रयोगों के लिए, क्लीयरेंस संबंधी समस्या का एक सामान्य समाधान यह है कि एक दूसरा पिनियन जोड़ा जाए जो दूसरी दिशा में खींचता है - पहले सिस्टम के विपरीत, एक नियंत्रण के रूप में कार्य करने के लिए।

इस विचार का एक रूप स्प्लिट पिनियन का उपयोग करना है। इसमें, पिनियन को बीच से काटकर दो हिस्सों के बीच में एक स्प्रिंग लगाई जाती है। स्प्लिट पिनियन रैक पर चलते समय, इसका पहला हिस्सा रैक के एक दांत पर और दूसरा हिस्सा अगले दांत पर दबाव डालता है। इस तरह, स्प्लिट पिनियन सेटअप बैकलैश और त्रुटि को खत्म कर देता है।

यहां, पिनियन का केवल आधा हिस्सा ही कार्य करता है, जबकि दूसरा हिस्सा नियंत्रण का काम करता है, इसलिए इसकी टॉर्क क्षमता सीमित है। इसके अलावा, ड्राइव की गति को स्प्रिंग के बल पर काबू पाना पड़ता है, जिससे गति में कमी आती है और समग्र दक्षता घट जाती है। त्वरण के दौरान गति करते समय स्प्रिंग थोड़ा झुक भी सकती है, जिससे गति की सटीकता कम हो जाती है। अंत में, जब ड्रिलिंग जैसे किसी कार्य को करने के लिए पिनियन को रोका जाता है, तो पिनियन में स्प्रिंग सिस्टम कठोर रहने के बजाय थोड़ा झुक सकता है।

क्लीयरेंस को ठीक करने का एक अन्य तरीका ट्विन-पिनियन सिस्टम है। इस व्यवस्था में, दो अलग-अलग पिनियन एक ही रैक पर चलते हैं। पिनियन मास्टर/स्लेव तरीके से काम करते हैं, जिसमें आगे वाला (मास्टर) पिनियन पोजीशनिंग करता है और दूसरा (स्लेव) पिनियन बैकलैश को संतुलित करता है। आमतौर पर, पिनियन इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित होते हैं, जिससे सटीकता बनी रहती है और सिस्टम के घिसाव की भरपाई के लिए नियंत्रण सेटिंग्स को समायोजित किया जा सकता है।

इसमें दिक्कत क्या है? दो पिनियन वाले सिस्टम महंगे हो सकते हैं, क्योंकि डिज़ाइनरों को आमतौर पर दूसरा मोटर, पिनियन और गियरबॉक्स खरीदना पड़ता है। डिज़ाइन का आकार भी बढ़ाना पड़ता है: दूसरे मोटर के लिए ड्राइविंग के लिए अधिक लंबाई की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, यदि उपयोगकर्ता को मोशन कंट्रोल सिस्टम को एक मीटर आगे-पीछे चलाना है, तो दूसरे पिनियन को लगाने के लिए 1.2 या 1.3 मीटर रैक की लंबाई की आवश्यकता होगी, जो पहले पिनियन से 200 से 300 मिमी पीछे लगा होता है। अंत में, दो मोटरों को चलाने की लागत एक सामान्य पांच से दस साल के डिज़ाइन जीवन चक्र में काफी अधिक होती है।

रोलर-पिनियन ड्राइव का बैकलैश-मुक्त संचालन लंबी-स्ट्रोक वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जैसे कि यह रूटिंग मशीन।
एक अन्य विकल्प: रोलर पिनियन
रोलर पिनियन तकनीक में बियरिंग-सपोर्टेड रोलर्स से बना एक पिनियन शामिल होता है जो एक अनुकूलित टूथ प्रोफाइल वाले रैक से जुड़ता है। दो या अधिक रोलर्स हर समय रैक के दांतों के विपरीत दिशा में जुड़ते हैं, जिससे स्प्लिट पिनियन और पिनियन ड्राइव सिस्टम की तुलना में अधिक सटीकता प्राप्त होती है: संक्षेप में, प्रत्येक रोलर स्पर्शरेखा पथ में प्रत्येक दांत की सतह के पास पहुंचता है, और फिर सतह पर लुढ़कता है, जिससे कम घर्षण के साथ संचालन होता है और घूर्णी गति को रैखिक गति में परिवर्तित करने में 99% से अधिक दक्षता प्राप्त होती है।

रोलर पिनियन में बेयरिंग-समर्थित रोलर्स होते हैं जो एक अनुकूलित दांत प्रोफ़ाइल के साथ जुड़ते हैं।
इस डिज़ाइन में स्प्रिंग नहीं है जो ढीली होकर सटीकता को कम कर दे, और स्प्रिंग बल पर काबू पाने में दक्षता में कोई कमी नहीं आती। इसके अलावा, रोलर क्रिया के लिए किसी क्लीयरेंस की आवश्यकता नहीं होती, जिससे बैकलैश और त्रुटि समाप्त हो जाती है। इसके विपरीत, एक पारंपरिक रैक और पिनियन प्रणाली में, पिनियन के एक दांत को रैक के एक दांत के एक तरफ से धक्का देकर तुरंत दूसरे दांत की तरफ जाना पड़ता है।

एक रोलर पिनियन एक ही समय में अलग-अलग दांतों के दोनों ओर स्थित होता है, एक दांत के एक तरफ से दूसरे दांत तक जाता है और दूसरे दांत से उचित दूरी बनाए रखता है। पहले पिनियन के प्रभाव को कम करने के लिए किसी दूसरे पिनियन की आवश्यकता नहीं होती; एक ही पिनियन आवश्यक टॉर्क क्षमता को सटीक रूप से संचारित करता है।

रोलर-पिनियन आधारित डिज़ाइन जीवनकाल बढ़ाते हैं और रखरखाव कम करते हैं। धीमी गति वाले अनुप्रयोगों में, सिस्टम बिना लुब्रिकेशन के चल सकता है। पारंपरिक रैक समय के साथ घिस जाते हैं और स्थितिगत सटीकता और टॉर्क के लिए क्षतिपूर्ति की आवश्यकता होती है, जबकि रोलर पिनियन सटीकता बनाए रखते हैं। दोनों डिज़ाइनों के पिनियन को समय-समय पर बदलना पड़ता है, लेकिन कम से कम ट्विन पिनियन की तुलना में, रोलर पिनियन की कुल प्रतिस्थापन लागत कम होती है।

अनुप्रयोग उदाहरण
बड़े विमान के धड़ के पैनलों के उत्पादन पर विचार करें। इस अनुप्रयोग में गैन्ट्री-शैली की मशीनों पर लंबी यात्रा दूरी और उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता हो सकती है। रोलर-पिनियन ड्राइव इन लंबी दूरियों पर सटीक रैखिक स्थिति प्रदान करते हैं।

इसके विपरीत, क्लीयरेंस की आवश्यकताओं के कारण पारंपरिक रैक और पिनियन की स्थितिगत सटीकता अपर्याप्त हो सकती है; न्यूनतम क्लीयरेंस कम दूरी तक सटीकता बनाए रखता है, लेकिन लंबी दूरी पर इसका निर्माण और इंस्टॉलेशन महंगा हो सकता है। एक ट्विन-पिनियन सिस्टम (जिसमें दो पिनियन एक दूसरे के विपरीत प्रीलोड होते हैं) का भी उपयोग किया जा सकता है, लेकिन यह महंगा होता है और आमतौर पर लंबी दूरी पर होने वाले विभिन्न क्लीयरेंस को ध्यान में नहीं रखता है।

फाइबरग्लास राउटिंग मशीन में कटिंग हेड को सही जगह पर रखने के लिए ट्विन-पिनियन सिस्टम का एक और आम उपयोग होता है। हालांकि इस काम में ट्विन-पिनियन ड्राइव शुरू में ठीक से काम कर सकता है, लेकिन फाइबरग्लास की धूल और विपरीत पिनियन द्वारा लगातार होने वाले घर्षण के कारण यह जल्दी घिस सकता है। रोलर-पिनियन सिस्टम का उपयोग करके, जो स्लाइडिंग के बजाय रोलिंग का उपयोग करता है, इसकी जीवन अवधि 300% या उससे अधिक बढ़ाई जा सकती है।

रोलर-पिनियन सिस्टम के रोटरी संस्करण का उपयोग मल्टी-एक्सिस पोजिशनिंग के लिए भी किया जा सकता है। इसमें, कई पिनियन (सभी स्वतंत्र रूप से गतिमान) एक ही गियर पर लगे होते हैं। यह डिज़ाइन इन अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले ट्विन-पिनियन ड्राइव की तुलना में कम जगह लेता है।