Existem inúmeras diferenças entre os sistemas tradicionais de transmissão dupla com cremalheira e pinhão, os projetos baseados em pinhão dividido e os sistemas de pinhão com roletes.

Da indústria aeroespacial à de máquinas-ferramenta, passando pelo corte de vidro, medicina e muitas outras, os processos de fabricação dependem de um controle de movimento confiável. Diversos sistemas de acionamento linear servocontrolado oferecem a velocidade e a precisão exigidas por essas aplicações.
Uma configuração comum combina servocontroles com um sistema tradicional de cremalheira e pinhão com dentes retos. Este último pode exigir folga entre a cremalheira e os dentes da engrenagem para evitar travamentos e desgaste excessivo, caso contrário, mudanças ambientais (como uma variação de temperatura de 10°C) podem travar o sistema devido à expansão dos dentes da engrenagem. Por outro lado, a folga resulta em folga rotativa, que é equivalente a erro.

Problemas de folga em pinhões duplos e divididos
Para aplicações de precisão, uma solução típica para problemas de folga é adicionar um segundo pinhão que puxe na direção oposta — contra o primeiro sistema, para atuar como um controle.

Uma variação dessa ideia é usar um pinhão bipartido. Nesse caso, um pinhão é essencialmente cortado ao meio lateralmente, com uma mola posicionada entre as duas metades. Conforme o pinhão bipartido se move ao longo de uma cremalheira, a primeira metade do pinhão empurra um lado de um dente da cremalheira e a outra metade empurra o dente seguinte. Dessa forma, um sistema de pinhão bipartido elimina a folga e o erro.

Aqui, como apenas metade do pinhão realiza trabalho — enquanto a outra metade atua como controle — a capacidade de torque é limitada. Além disso, como a dinâmica da transmissão precisa superar a força da mola, ocorre perda de movimento, diminuindo a eficiência geral. Durante o movimento sob aceleração, a mola também pode ceder ligeiramente, comprometendo a precisão do movimento. Por fim, quando o pinhão é parado para realizar uma operação, como furação, o sistema de molas no pinhão pode flexionar ligeiramente, em vez de permanecer rígido.

Outra solução para a folga consiste em um sistema de pinhão duplo. Nesse arranjo, dois pinhões separados se movem ao longo da mesma cremalheira. Os pinhões atuam como mestre/escravo, com o pinhão principal (mestre) realizando o posicionamento e o segundo pinhão (escravo) compensando a folga. Normalmente, os pinhões são controlados eletronicamente, de modo que a precisão é mantida e as configurações de controle podem ser ajustadas para compensar o desgaste do sistema.

Qual é o problema? Os sistemas de pinhão duplo podem ser caros, pois os projetistas geralmente precisam adquirir um segundo motor, pinhão e caixa de engrenagens. A área ocupada pelo projeto também precisa ser aumentada: um segundo motor exige mais comprimento para realizar o acionamento. Por exemplo, se um usuário precisar que o sistema de controle de movimento se desloque para frente e para trás por um metro, será necessário um comprimento de cremalheira de 1,2 ou 1,3 m para acomodar o segundo pinhão, que fica de 200 a 300 mm atrás do primeiro. Por fim, o custo de alimentação de dois motores é substancial ao longo de um ciclo de vida típico de cinco a dez anos.

O funcionamento sem folga dos acionamentos por pinhão e rolete é adequado para aplicações de longo curso, como esta máquina de fresagem.
Outra opção: pinhões de roletes
A tecnologia de pinhão de rolos inclui um pinhão composto por rolos apoiados em rolamentos que engatam em uma cremalheira com um perfil de dente personalizado. Dois ou mais rolos se conectam aos dentes da cremalheira em oposição o tempo todo, para proporcionar maior precisão do que os sistemas de pinhão dividido e de acionamento por pinhão: em resumo, cada rolo se aproxima de cada face do dente em um caminho tangente e, em seguida, rola pela face para uma operação de baixo atrito com mais de 99% de eficiência na conversão de movimento rotativo em linear.

O pinhão de rolos é composto por rolos apoiados em rolamentos que se encaixam em um perfil de dente personalizado.
O projeto não possui mola que possa colapsar e comprometer a precisão, e não há perda de eficiência ao vencer a força de uma mola. Além disso, a ação do rolete não requer folga, eliminando assim a folga mecânica e os erros. Em contraste, em um sistema tradicional de cremalheira e pinhão, um dente do pinhão precisa empurrar um lado de um dente da cremalheira e mover-se instantaneamente para o lado seguinte do dente.

Um pinhão de roletes flanqueia diferentes dentes simultaneamente, encaixando-se em um lado de um dente e permitindo folga com outro. Não é necessário um segundo pinhão para contrabalançar o primeiro; um único pinhão transmite com precisão a capacidade de torque necessária.

Os sistemas com pinhão e rolete também prolongam a vida útil e reduzem a necessidade de manutenção. Em aplicações com velocidades mais baixas, o sistema pode funcionar sem lubrificação. As cremalheiras tradicionais sofrem desgaste com o tempo e exigem compensação para precisão posicional e torque, mas os pinhões e roletes mantêm a precisão. Os pinhões de ambos os sistemas requerem substituição periódica, mas, pelo menos em comparação com os pinhões duplos, os custos totais de substituição de um pinhão e rolete são menores.

Exemplos de aplicação
Considere a produção de grandes painéis de fuselagem de aeronaves. Essa aplicação pode exigir um longo percurso e alta precisão em máquinas do tipo pórtico. Os acionamentos por pinhão e rolete proporcionam um posicionamento linear preciso nessas longas distâncias.

Em contrapartida, a precisão posicional dos sistemas tradicionais de cremalheira e pinhão pode ser insuficiente devido às exigências de folga; uma folga mínima mantém a precisão em curtos percursos, mas o projeto pode ser caro para fabricar e instalar em longas distâncias. Um sistema de pinhão duplo (com dois pinhões pré-carregados um contra o outro) também pode ser implementado, mas é dispendioso e normalmente não permite a variação de folga que ocorre em longas distâncias.

Outro uso comum de um sistema de pinhão duplo é no posicionamento de uma cabeça de corte em uma máquina de fresagem de fibra de vidro. Embora o acionamento por pinhão duplo possa funcionar bem inicialmente nessa aplicação, a combinação de poeira de fibra de vidro e o atrito constante de deslizamento criado pelo pinhão oposto pode causar desgaste prematuro. Ao usar um sistema de pinhão com roletes, que utiliza o rolamento em vez do deslizamento, a vida útil pode ser aumentada em 300% ou mais.

Uma versão rotativa do sistema de pinhão e rolete também pode ser usada para realizar posicionamento multieixos. Nesse caso, vários pinhões (todos se movendo independentemente) são montados em uma única engrenagem. O projeto utiliza menos espaço do que os acionamentos de pinhão duplo, às vezes usados ​​nessas aplicações.