Existem muitas diferenças entre os sistemas tradicionais de acionamento duplo de cremalheira e pinhão, os projetos baseados em pinhão dividido e os sistemas de pinhão e rolo.

Da indústria aeroespacial à usinagem, corte de vidro, indústria médica e muito mais, os processos de fabricação dependem de um controle de movimento confiável. Diversos sistemas de acionamento linear servocontrolados proporcionam a velocidade e a precisão exigidas por essas aplicações.
Uma configuração comum combina servocontroles com uma cremalheira e pinhão envolvente tradicional. Esta última pode exigir folga entre a cremalheira e os dentes da engrenagem para evitar travamentos e desgaste excessivo, ou então mudanças ambientais (como uma mudança de temperatura de 10°) podem travar o sistema à medida que os dentes da engrenagem se expandem. Por outro lado, a folga resulta em folga, o que equivale a um erro.

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

Uma iteração dessa ideia é usar um pinhão bipartido. Aqui, o pinhão é essencialmente cortado ao meio lateralmente, com uma mola posicionada entre as duas metades. À medida que o pinhão bipartido se move ao longo da cremalheira, a primeira metade do pinhão empurra um lado de um dente da cremalheira e a outra metade, o dente seguinte. Dessa forma, uma configuração de pinhão bipartido elimina folgas e erros.

Neste caso, 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 de acionamento precisa superar a força da mola, ocorre perda de movimento, reduzindo a eficiência geral. Ao se mover sob aceleração, a mola também pode apresentar uma leve deformação, degradando a precisão do movimento. Por fim, quando o pinhão é parado para realizar uma operação, como uma perfuração, o sistema de molas no pinhão pode flexionar levemente, 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 em modo mestre/escravo, com o pinhão principal (mestre) realizando o posicionamento e o segundo pinhão (escravo) neutralizando 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? Sistemas de pinhão duplo podem ser caros, pois os projetistas geralmente precisam comprar um segundo motor, pinhão e caixa de engrenagens. A área de projeto também precisa ser ampliada: um segundo motor exige mais comprimento para executar a movimentação. Por exemplo, se um usuário precisa que o sistema de controle de movimento se mova para frente e para trás em um metro, é necessário um comprimento de cremalheira de 1,2 ou 1,3 m para acomodar o segundo pinhão, que desliza de 200 a 300 mm atrás do primeiro. Por fim, o custo de alimentar dois motores é substancial ao longo de um ciclo de vida típico de projeto de cinco a 10 anos.

A operação sem folga dos acionamentos de pinhão e rolete é adequada para aplicações de curso longo, como esta máquina de roteamento.
Outra opção: pinhões de rolo
A tecnologia de pinhão de rolos inclui um pinhão composto por rolos apoiados por rolamentos que engatam em uma cremalheira com um perfil de dente personalizado. Dois ou mais rolos se conectam com os dentes da cremalheira em oposição o tempo todo, para proporcionar maior precisão do que os sistemas de pinhão bipartido e acionamento por pinhão: em resumo, cada rolo se aproxima de cada face do dente em uma trajetória 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 rolo é composto por rolos suportados por rolamentos que engatam um perfil de dente personalizado.
O projeto também não possui mola que possa ceder e prejudicar a precisão, e não há perda de eficiência ao superar a força da mola. Além disso, a ação do rolo não requer folga, eliminando folgas e erros. Em contraste, em um sistema de cremalheira e pinhão tradicional, um dente do pinhão deve empurrar um lado do dente da cremalheira e mover-se instantaneamente para o lado seguinte do dente.

Um pinhão de rolo flanqueia diferentes dentes simultaneamente, abrangendo um lado de um dente e concedendo folga ao outro. Não é necessário um segundo pinhão para neutralizar o primeiro; um pinhão transmite com precisão a capacidade de torque necessária.

Projetos baseados em pinhões de rolo também prolongam a vida útil e reduzem a manutenção. Em aplicações mais lentas, o sistema pode operar sem lubrificação. Cremalheiras tradicionais se desgastam com o tempo e exigem compensação para precisão posicional e torque, mas os pinhões de rolo mantêm a precisão. Os pinhões de ambos os projetos exigem substituição periódica, mas, pelo menos em comparação com os pinhões duplos, os custos gerais de substituição de um pinhão de rolo são menores.

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

Em contraste, a precisão posicional tradicional de cremalheira e pinhão pode ser insuficiente devido a requisitos de folga; uma folga mínima mantém a precisão em percursos curtos, 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 caro 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 fresadora de fibra de vidro. Embora o acionamento por pinhão duplo possa inicialmente funcionar bem nesta aplicação, a combinação de poeira de fibra de vidro e o atrito de deslizamento constante criado pelo pinhão oposto podem causar desgaste prematuro. Ao utilizar um sistema de pinhão de rolos, que utiliza rolamento em vez de deslizamento, a expectativa de vida útil pode ser aumentada em 300% ou mais.

Uma versão rotativa do sistema de pinhão-rolo também pode ser usada para realizar posicionamento multieixo. Aqui, vários pinhões (todos se movendo independentemente) são montados em uma engrenagem. O projeto ocupa menos espaço do que os acionamentos de pinhão duplo, às vezes usados ​​nessas aplicações.