Между традиционными реечными двухприводными системами, конструкциями с разрезными шестернями и системами с роликовыми шестернями существует множество различий.

От аэрокосмической отрасли до станкостроения, резки стекла, медицины и многих других производственных процессов, надежное управление движением имеет решающее значение. Для обеспечения скорости и точности, необходимых в этих областях, используются различные системы линейных приводов с сервоуправлением.
Одна из распространенных конфигураций сочетает сервоуправление с традиционной эвольвентной зубчатой ​​передачей. Последняя может потребовать зазора между зубьями рейки и шестерни для предотвращения заклинивания и чрезмерного износа, иначе изменения окружающей среды (например, изменение температуры на 10°) могут привести к заклиниванию системы из-за расширения зубьев шестерни. С другой стороны, зазор приводит к люфту, что эквивалентно ошибке.

Проблемы с зазорами в сдвоенных и разрезных шестернях.
В высокоточных приложениях типичным решением проблемы зазоров является добавление второй шестерни, которая тянет в противоположном направлении — против первой системы, выполняя функцию управляющего элемента.

Один из вариантов этой идеи — использование разрезной шестерни. В этом случае шестерня, по сути, разрезана посередине, а между двумя половинками расположена пружина. Когда разрезная шестерня перемещается вдоль рейки, первая половина шестерни давит на одну сторону зуба рейки, а другая половина — на следующий зуб рейки. Таким образом, конструкция с разрезной шестерней исключает люфт и погрешности.

В данном случае, поскольку работу выполняет только половина шестерни, а другая половина выступает в качестве управляющей, крутящий момент ограничен. Кроме того, поскольку динамика привода должна преодолевать силу пружины, происходит потеря хода, что снижает общую эффективность. При движении с ускорением пружина также может слегка деформироваться, ухудшая точность движения. Наконец, когда шестерня останавливается для выполнения операции, например, сверления, пружинная система в шестерне может слегка изгибаться, вместо того чтобы оставаться жесткой.

Еще один способ устранения зазора — использование двухшестеренчатой ​​системы. В этой конструкции две отдельные шестерни перемещаются вдоль одной и той же рейки. Шестерни работают по принципу «ведущая/ведомая»: ведущая (ведущая) шестерня отвечает за позиционирование, а вторая (ведомая) шестерня компенсирует люфт. Как правило, шестерни управляются электронно, что обеспечивает точность и позволяет регулировать параметры управления для компенсации износа системы.

В чем подвох? Системы с двумя шестернями могут быть дорогостоящими, поскольку конструкторам обычно приходится приобретать второй двигатель, шестерню и редуктор. Также необходимо увеличить габариты конструкции: второй двигатель требует большей длины для выполнения привода. Например, если пользователю необходимо, чтобы система управления движением совершала возвратно-поступательные движения на один метр, потребуется длина зубчатой ​​рейки 1,2 или 1,3 м для размещения второй шестерни, которая перемещается на расстоянии 200–300 мм позади первой. Наконец, стоимость питания двух двигателей существенна в течение типичного срока службы от пяти до десяти лет.

Отсутствие люфта в роликовых зубчатых передачах делает их подходящими для применений с большим ходом, таких как данный фрезерный станок.
Ещё один вариант: роликовые шестерни.
Технология роликовых шестерен включает в себя шестерню, состоящую из роликов на подшипниках, которые входят в зацепление с зубчатой ​​рейкой с заданным профилем зубьев. Два или более ролика постоянно взаимодействуют с зубьями рейки, обеспечивая более высокую точность, чем системы с разъемными и раздельными шестернями: проще говоря, каждый ролик приближается к каждой поверхности зуба по касательной траектории, а затем прокатывается по ней, обеспечивая работу с низким трением и эффективностью преобразования вращательного движения в линейное более чем на 99%.

Роликовая шестерня состоит из роликов, поддерживаемых подшипниками, которые входят в зацепление с зубьями заданного профиля.
В конструкции отсутствует пружина, которая могла бы сжиматься и ухудшать точность, а также не теряется эффективность при преодолении силы пружины. Кроме того, роликовый механизм не требует зазора, что исключает люфт и погрешности. В отличие от этого, в традиционной реечной системе один зуб шестерни должен оттолкнуться от одной стороны зуба рейки и мгновенно переместиться на следующую сторону зуба.

Роликовая шестерня одновременно затрагивает разные зубья, располагаясь с одной стороны одного зуба и обеспечивая зазор с другой. Для компенсации работы первой шестерни вторая шестерня не требуется; одна шестерня точно передает необходимый крутящий момент.

Конструкции на основе роликовых шестерен также увеличивают срок службы и сокращают затраты на техническое обслуживание. В условиях низкой скорости система может работать без смазки. Традиционные зубчатые рейки со временем изнашиваются и требуют компенсации точности позиционирования и крутящего момента, тогда как роликовые шестерни сохраняют точность. Шестерни обеих конструкций требуют периодической замены, но, по крайней мере, по сравнению с двойными шестернями, общие затраты на замену роликовой шестерни ниже.

Примеры применения
Рассмотрим производство больших панелей фюзеляжа самолета. В этой области применения требуется большая длина перемещения и высокая точность на станках портального типа. Роликовые зубчатые передачи обеспечивают точное линейное позиционирование на таких больших расстояниях.

В отличие от этого, традиционная реечная передача может оказаться недостаточно точной из-за требований к зазорам; минимальный зазор обеспечивает точность на коротких расстояниях, но такая конструкция может быть дорогостоящей в изготовлении и установке на больших расстояниях. Также может быть реализована система с двумя шестернями (с двумя шестернями, предварительно нагруженными друг на друга), но она дорогостоящая и, как правило, не учитывает изменяющийся зазор, возникающий на больших расстояниях.

Еще одно распространенное применение двухшестеренчатой ​​системы — позиционирование режущей головки в станке для обработки стекловолокна. Хотя двухшестеренчатый привод может изначально хорошо работать в этом случае, сочетание стекловолоконной пыли и постоянного трения скольжения, создаваемого противоположной шестерней, может привести к преждевременному износу. Использование роликовой системы шестерен, в которой используется качение, а не скольжение, позволяет увеличить срок службы на 300% и более.

Для многоосевого позиционирования также может использоваться поворотный вариант системы с роликовыми шестернями. В этом случае несколько шестерен (все движущиеся независимо) установлены на одной зубчатой ​​передаче. Такая конструкция занимает меньше места, чем приводы с двумя шестернями, которые иногда используются в подобных областях применения.