Существует множество различий между традиционными двухприводными реечными передачами, конструкциями на основе разрезных шестерен и системами роликовых шестерен.

От аэрокосмической промышленности до машиностроения, резки стекла, медицины и многого другого — производственные процессы зависят от надежного управления движением. Скорость и точность, необходимые для этих приложений, обеспечивают различные сервоуправляемые линейные приводные системы.
Одна из распространенных установок сочетает сервоуправление с традиционной эвольвентной рейкой и шестерней. Последняя может потребовать зазора между зубьями рейки и шестерни для предотвращения заклинивания и чрезмерного износа, или же изменения окружающей среды (например, температурный сдвиг на 10°) могут заблокировать систему, поскольку зубья шестерни расширяются. С другой стороны, зазор приводит к люфту, что эквивалентно ошибке.

Проблемы с зазором в двойных и разрезных шестернях
Для точных применений типичным решением проблемы зазора является добавление второй шестерни, которая тянет в другом направлении — против первой системы, выступая в качестве элемента управления.

Одной из итераций этой идеи является использование разрезной шестерни. Здесь шестерня по существу разрезана по боковой середине, с пружиной, расположенной между двумя половинами. Когда разрезная шестерня движется вдоль рейки, первая половина шестерни давит на одну сторону зуба рейки, а другая половина — на следующий зуб рейки. Таким образом, установка разрезной шестерни исключает люфт и ошибку.

Здесь, поскольку только половина шестерни выполняет работу — в то время как другая половина действует как управление — крутящий момент ограничен. Кроме того, поскольку динамика привода должна преодолевать силу пружины, происходит потеря движения, что снижает общую эффективность. При движении с ускорением пружина также может немного прогибаться, что ухудшает точность движения. Наконец, когда шестерня останавливается для выполнения операции, например сверления, пружинная система в шестерне может слегка прогибаться, вместо того чтобы оставаться жесткой.

Другое исправление зазора состоит из системы с двумя шестернями. В этой конструкции две отдельные шестерни движутся вдоль одной и той же рейки. Шестерни действуют по принципу «главный/ведомый», при этом ведущая (главная) шестерня выполняет позиционирование, а вторая (ведомая) шестерня противодействует люфту. Обычно шестерни имеют электронное управление, поэтому точность сохраняется, а настройки управления можно регулировать для компенсации износа системы.

В чем подвох? Системы с двумя шестернями могут быть дорогостоящими, поскольку проектировщикам обычно приходится приобретать второй двигатель, шестерню и коробку передач. Площадь основания конструкции также должна быть увеличена: для второго двигателя требуется большая длина для выполнения привода. Например, если пользователю нужно, чтобы система управления движением совершала возвратно-поступательные движения вперед и назад на один метр, для размещения второй шестерни, которая отстает от первой на 200–300 мм, требуется рейка длиной 1,2 или 1,3 м. Наконец, стоимость питания двух двигателей является существенной в течение типичного жизненного цикла конструкции продолжительностью от пяти до десяти лет.

Беззазорная работа ролико-шестеренчатых приводов подходит для применений с большим ходом, таких как этот фрезерный станок.
Другой вариант: Роликовые шестерни
Технология роликовой шестерни включает шестерню, состоящую из роликов с подшипниковой опорой, которые зацепляют рейку с индивидуальным профилем зубьев. Два или более роликов постоянно соединяются с зубьями рейки в противофазе, обеспечивая более высокую точность, чем системы с раздельными шестернями и приводными шестернями: Короче говоря, каждый ролик приближается к каждой поверхности зуба по касательной, а затем катится по поверхности для работы с низким трением с эффективностью преобразования вращательного движения в линейное более 99%.

Роликовая шестерня состоит из роликов, опирающихся на подшипники, которые входят в зацепление с зубьями специального профиля.
В конструкции нет пружины, которая могла бы разрушиться и ухудшить точность, и эффективность не теряется при преодолении силы пружины. Кроме того, роликовое действие не требует зазора, поэтому исключает люфт и ошибку. Напротив, в традиционной системе реечной передачи один зуб шестерни должен отталкиваться от одной стороны зуба рейки и мгновенно переходить на следующую сторону зуба.

Роликовая шестерня одновременно охватывает разные зубья, охватывая одну сторону одного зуба и распределяя зазор с другим. Вторая шестерня не нужна для противодействия первой; одна шестерня точно передает необходимую крутящую способность.

Конструкции на основе роликовых шестерен также продлевают срок службы и сокращают техническое обслуживание. В более медленных приложениях система может работать без смазки. Традиционные рейки со временем изнашиваются и требуют компенсации точности позиционирования и крутящего момента, но 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. Это применение может потребовать большой длины хода и высокой точности на портальных станках. Роликовые приводы-шестерни обеспечивают точное линейное позиционирование на таких больших расстояниях.

Напротив, традиционная точность позиционирования реечной передачи может быть недостаточной из-за требований к зазору; минимальный зазор поддерживает точность на коротких расстояниях, но конструкция может быть дорогой в производстве и установке на больших расстояниях. Система с двумя шестернями (с двумя шестернями, предварительно нагруженными друг на друга) также может быть реализована, но она дорогостоящая и, как правило, не позволяет обеспечить переменный зазор, который возникает на больших расстояниях.

Другое распространенное применение системы с двумя шестернями — позиционирование режущей головки в стекловолоконном фрезерном станке. Хотя привод с двумя шестернями может изначально хорошо работать в этом приложении, сочетание стекловолоконной пыли и постоянного трения скольжения, создаваемого противостоящей шестерней, может привести к преждевременному износу. Используя систему ролик-шестерня, которая использует качение вместо скольжения, ожидаемый срок службы может быть увеличен на 300% и более.

Роторная версия системы ролик-шестерня также может использоваться для выполнения многоосевого позиционирования. Здесь несколько шестерен (все движутся независимо) монтируются на одну шестерню. Конструкция занимает меньше места, чем приводы с двумя шестернями, иногда используемые в этих приложениях.