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

От аэрокосмической промышленности до машиностроения, резки стекла, медицины и других отраслей – производственные процессы зависят от надёжного управления движением. Различные системы линейных приводов с сервоуправлением обеспечивают скорость и точность, необходимые для этих применений.
Одна из распространённых схем сочетает сервоуправление с традиционной эвольвентной реечной передачей. В последнем случае может потребоваться зазор между зубьями рейки и шестерни для предотвращения заклинивания и чрезмерного износа, в противном случае изменения окружающей среды (например, изменение температуры на 10°) могут привести к блокировке системы из-за расширения зубьев шестерни. С другой стороны, зазор приводит к люфту, что равносильно ошибке.

Проблемы с зазорами в двойных и разрезных шестернях
Для точных применений типичным решением проблемы зазора является добавление второй шестерни, которая тянет в противоположном направлении — против первой системы, выполняя функцию управления.

Одним из вариантов этой идеи является использование разрезной шестерни. В этом случае шестерня фактически разрезана посередине, а между двумя её половинами расположена пружина. При движении разрезной шестерни вдоль рейки первая её половина давит на одну сторону зуба рейки, а вторая — на следующую. Таким образом, конструкция разрезной шестерни исключает люфт и погрешность.

Здесь, поскольку только половина шестерни выполняет работу, а другая половина служит для управления, крутящий момент ограничен. Кроме того, поскольку динамика привода должна преодолевать усилие пружины, возникают потери движения, что снижает общую эффективность. При движении с ускорением пружина также может немного прогибаться, что снижает точность движения. Наконец, когда шестерня останавливается для выполнения операции, например, сверления, пружинная система в шестерне может слегка прогибаться, вместо того чтобы оставаться жёсткой.

Другой вариант решения проблемы зазора – система с двумя шестернями. В этой конструкции две отдельные шестерни движутся вдоль одной рейки. Шестерни действуют по принципу «ведущая/ведомая», при этом ведущая (ведущая) шестерня выполняет позиционирование, а вторая (ведомая) – компенсирует люфт. Обычно шестерни имеют электронное управление, что обеспечивает точность и позволяет корректировать параметры управления для компенсации износа системы.

В чём подвох? Системы с двумя шестернями могут быть дорогостоящими, поскольку разработчикам обычно приходится приобретать второй двигатель, шестерню и редуктор. Кроме того, требуется увеличить площадь основания: второй двигатель требует большей длины для обеспечения движения. Например, если пользователю требуется, чтобы система управления движением совершала возвратно-поступательные движения на один метр, для размещения второй шестерни, которая отстаёт от первой на 200–300 мм, потребуется рейка длиной 1,2–1,3 м. Наконец, стоимость питания двух двигателей в течение типичного срока службы конструкции, составляющего от пяти до десяти лет, весьма существенна.

Беззазорная работа ролико-шестеренчатых приводов подходит для применений с большим ходом, таких как этот фрезерный станок.
Другой вариант: Роликовые шестерни
Технология роликовой шестерни включает в себя шестерню, состоящую из роликов, установленных на подшипниках и зацепляющихся с рейкой с индивидуальным профилем зубьев. Два или более ролика постоянно соприкасаются с зубьями рейки, находясь в противофазе, что обеспечивает более высокую точность по сравнению с системами с раздельными шестернями и шестеренчатыми приводами. Проще говоря, каждый ролик подходит к каждой поверхности зуба по касательной, а затем катится по поверхности, обеспечивая низкое трение и КПД преобразования вращательного движения в поступательное более 99%.

Роликовая шестерня состоит из роликов, опирающихся на подшипники, которые входят в зацепление с зубьями специального профиля.
В конструкции также нет пружины, которая могла бы сжиматься и снижать точность, и эффективность не снижается при преодолении силы пружины. Кроме того, роликовое движение не требует зазора, что исключает люфт и погрешность. В отличие от этого, в традиционной реечной системе один зуб шестерни должен отталкиваться от одной стороны зуба рейки и мгновенно перемещаться на другую сторону зуба.

Роликовая шестерня одновременно охватывает разные зубья, охватывая одну сторону одного зуба и обеспечивая зазор с другим. Вторая шестерня не требуется для противодействия первой; одна шестерня точно передаёт необходимый крутящий момент.

Конструкции на основе ролико-шестерёнчатого привода также продлевают срок службы и сокращают потребность в обслуживании. В условиях низкой скорости система может работать без смазки. Традиционные рейки со временем изнашиваются и требуют компенсации точности позиционирования и крутящего момента, но ролико-шестерёнчатые приводы обеспечивают точность. Шестерни обеих конструкций требуют периодической замены, но, по крайней мере, по сравнению с двухшестерёнчатыми приводами, общие затраты на замену ролико-шестерёнчатого привода ниже.

Примеры применения
Рассмотрим производство крупногабаритных панелей фюзеляжа самолёта. Для этого применения портальных станков могут потребоваться большие перемещения и высокая точность. Ролико-шестеренчатые приводы обеспечивают точное линейное позиционирование на таких больших расстояниях.

Напротив, точность позиционирования традиционной реечной передачи может быть недостаточной из-за требований к зазорам; минимальный зазор обеспечивает точность на коротких расстояниях, но такая конструкция может быть дорогостоящей в производстве 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 переменный зазор, возникающий на больших расстояниях.

Ещё одно распространённое применение двухшестерёнчатой системы — позиционирование режущей головки в фрезерном станке для обработки стекловолокна. Хотя двухшестерёнчатый привод изначально может работать хорошо, сочетание стекловолоконной пыли и постоянного трения скольжения, создаваемого противоположной шестернёй, может привести к преждевременному износу. Использование системы роликов и шестерён, в которой используется качение вместо скольжения, позволяет увеличить срок службы на 300% и более.

Поворотная версия системы ролик-шестерня также может использоваться для многокоординатного позиционирования. В этом случае несколько шестерен (каждая из которых движется независимо) крепятся к одной шестерне. Такая конструкция занимает меньше места, чем приводы с двумя шестернями, иногда используемые в подобных случаях.