Esistono molte differenze tra le tradizionali trasmissioni gemellari a pignone e cremagliera, i modelli con pignone diviso e i sistemi con pignone a rulli.

Dall'aerospaziale alla lavorazione meccanica, dal taglio del vetro alla tecnologia medicale e altro ancora, i processi produttivi dipendono da un controllo del movimento affidabile. La velocità e la precisione richieste da queste applicazioni sono garantite da vari sistemi di azionamento lineare servocontrollati.
Una configurazione comune combina servocomandi con una tradizionale cremagliera a pignone e cremagliera a evolvente. Quest'ultima può richiedere del gioco tra la cremagliera e i denti degli ingranaggi per evitare inceppamenti e usura eccessiva, oppure le variazioni ambientali (come una variazione di temperatura di 10°C) possono bloccare il sistema quando i denti degli ingranaggi si espandono. D'altra parte, il gioco si traduce in un gioco, che equivale a un errore.

Problemi di gioco nei pignoni gemelli e separati
Per le applicazioni di precisione, una tipica soluzione al problema di spazio è quella di aggiungere un secondo pignone che tira nella direzione opposta, ovvero contro il primo sistema, per fungere da controllo.

Una variante di questa idea consiste nell'utilizzare un pignone diviso. In questo caso, un pignone viene essenzialmente tagliato lateralmente a metà, con una molla posizionata tra le due metà. Mentre il pignone diviso si muove lungo una cremagliera, la prima metà del pignone spinge su un lato di un dente della cremagliera e l'altra metà sul dente successivo della cremagliera. In questo modo, una configurazione a pignone diviso elimina giochi ed errori.

In questo caso, poiché solo metà del pignone esegue il lavoro, mentre l'altra metà funge da controllo, la capacità di coppia è limitata. Inoltre, poiché la dinamica di trasmissione deve superare la forza della molla, si verifica una perdita di movimento, riducendo l'efficienza complessiva. Durante il movimento in accelerazione, la molla può anche cedere leggermente, compromettendo la precisione del movimento. Infine, quando il pignone viene fermato per eseguire un'operazione, come la foratura, il sistema di molle nel pignone può flettersi leggermente, invece di rimanere rigido.

Un'altra soluzione per il gioco consiste in un sistema a doppio pignone. In questa configurazione, due pignoni separati si muovono lungo la stessa cremagliera. I pignoni agiscono in modalità master/slave, con il pignone principale (master) che esegue il posizionamento e il secondo pignone (slave) che contrasta il gioco. In genere, i pignoni sono controllati elettronicamente, in modo da mantenere la precisione e poter regolare le impostazioni di controllo per compensare l'usura del sistema.

Qual è il problema? I sistemi a doppio pignone possono essere costosi, perché i progettisti devono solitamente acquistare un secondo motore, un pignone e un riduttore. Anche l'ingombro del progetto deve essere aumentato: un secondo motore richiede una maggiore lunghezza per eseguire la trasmissione. Ad esempio, se un utente ha bisogno che il sistema di controllo del movimento si muova avanti e indietro di un metro, è necessaria una lunghezza della cremagliera di 1,2 o 1,3 m per ospitare il secondo pignone, che si trova a una distanza di 200-300 mm dal primo. Infine, il costo di alimentazione di due motori è sostanziale su un tipico ciclo di vita di progetto di cinque-dieci anni.

Il funzionamento senza gioco degli azionamenti a pignone e rulli è adatto per applicazioni a corsa lunga, come quella di questa fresatrice.
Un'altra opzione: pignoni a rulli
La tecnologia del pignone a rulli prevede un pignone composto da rulli supportati da cuscinetti che ingranano una cremagliera con un profilo dei denti personalizzato. Due o più rulli si collegano ai denti della cremagliera in modo sempre opposto, per offrire una maggiore precisione rispetto ai sistemi di azionamento con pignone diviso e pignone: in breve, ogni rullo si avvicina a ciascuna faccia del dente con un percorso tangenziale, quindi rotola lungo la faccia per un funzionamento a basso attrito con un'efficienza superiore al 99% nella conversione del moto rotatorio in moto lineare.

Il pignone a rulli è composto da rulli supportati da cuscinetti che ingranano un profilo dei denti personalizzato.
Il design non prevede molle che possano collassare e compromettere la precisione, e non si perde efficienza nel superare la forza di una molla. Inoltre, l'azione del rullo non richiede gioco, eliminando così giochi ed errori. Al contrario, in un sistema a pignone e cremagliera tradizionale, un dente del pignone deve spingere da un lato del dente della cremagliera e spostarsi istantaneamente sul lato successivo del dente.

Un pignone a rulli affianca simultaneamente denti diversi, occupando un lato di un dente e assegnando spazio all'altro. Non è necessario un secondo pignone per contrastare il primo; un solo pignone trasmette con precisione la coppia necessaria.

I design basati su pignoni a rulli prolungano inoltre la durata e riducono la manutenzione. Nelle applicazioni più lente, il sistema può funzionare senza lubrificazione. Le cremagliere tradizionali si usurano nel tempo e richiedono una compensazione per la precisione di posizionamento e la coppia, mentre i pignoni a rulli mantengono la precisione. I pignoni di entrambi i design richiedono una sostituzione periodica, ma almeno rispetto ai pignoni gemelli, i costi complessivi di sostituzione per un pignone a rulli sono inferiori.

Esempi di applicazione
Si consideri la produzione di pannelli di fusoliera di grandi dimensioni per aeromobili. Questa applicazione può richiedere una lunga corsa di traslazione e un'elevata precisione su macchine a portale. Gli azionamenti a pignone e rulli garantiscono un posizionamento lineare accurato su queste lunghe distanze.

Al contrario, la precisione di posizionamento tradizionale con pignone e cremagliera potrebbe essere insufficiente a causa dei requisiti di gioco; un gioco minimo mantiene la precisione su brevi distanze, ma il design può essere costoso da produrre e installare su lunghe distanze. È anche possibile implementare un sistema a doppio pignone (con due pignoni precaricati l'uno contro l'altro), ma è costoso e in genere non tiene conto del gioco variabile che si verifica su lunghe distanze.

Un altro utilizzo comune di un sistema a doppio pignone è il posizionamento di una testa di taglio in una fresatrice per fibra di vetro. Sebbene l'azionamento a doppio pignone possa inizialmente funzionare bene in questa applicazione, la combinazione di polvere di fibra di vetro e attrito radente costante creato dal pignone opposto può causare un'usura prematura. Utilizzando un sistema a pignone a rulli, che utilizza il rotolamento anziché lo scorrimento, la durata può essere aumentata del 300% o più.

Una versione rotativa del sistema a rulli e pignone può essere utilizzata anche per il posizionamento multiasse. In questo caso, più pignoni (che si muovono indipendentemente) sono montati su un unico ingranaggio. Il design occupa meno spazio rispetto alle trasmissioni a doppio pignone talvolta utilizzate in queste applicazioni.