Багато відмінностей між традиційними подвійними приводами з рейкою та шестернею, конструкціями на основі роздільної шестерні та системами з роликовою шестернею.

Від аерокосмічної галузі до машинобудування, різання скла, медицини тощо, виробничі процеси залежать від надійного керування рухом.Швидкість і точність, необхідні для цих застосувань, забезпечують різноманітні системи лінійного приводу з сервоприводом.
Одна поширена установка поєднує сервоприводи керування з традиційною евольвентною зубчастою рейкою та шестернею.Для останнього може знадобитися зазор між рейкою та зубцями шестерні, щоб запобігти заклинюванням і надмірному зносу, інакше зміни навколишнього середовища (такі як зміна температури на 10°) можуть заблокувати систему, коли зуби шестерні розширюються.З іншого боку, зазор призводить до люфту, що еквівалентно помилці.

Проблеми з зазором у здвоєних і розрізних шестернях
Для точних застосувань одним типовим вирішенням проблеми із зазором є додавання другої шестерні, яка тягне в іншому напрямку — проти першої системи, щоб діяти як керування.

Одним із варіантів цієї ідеї є використання розрізної шестерні.Тут шестерня по суті зрізана збоку посередині, а пружина розташована між двома половинками.Коли розрізна шестерня рухається вздовж зубчастої рейки, перша половина шестерні штовхає одну сторону зуба зубчастої рейки, а інша половина — наступний зуб зубчастої рейки.Таким чином, роздвоєна шестерня усуває люфт і помилки.

Тут, оскільки лише половина шестерні виконує роботу — тоді як інша половина виконує функцію керування — крутний момент обмежений.Крім того, оскільки динаміка приводу повинна подолати силу пружини, відбувається втрата руху, що знижує загальну ефективність.Під час руху з прискоренням пружина також може трохи погіршити точність руху.Нарешті, коли шестерня зупиняється для виконання операції, наприклад свердління, пружинна система в шестерні може злегка згинатися замість того, щоб залишатися жорсткою.

Інше кріплення кліренсу складається з подвійної шестерні.У такому розташуванні дві окремі шестерні рухаються вздовж однієї стійки.Шестерні діють у режимі головної/підпорядкованої, при цьому провідна (головна) шестерня виконує позиціонування, а друга (ведена) шестерня протидіє люфту.Як правило, шестерні мають електронне керування, тому зберігається точність, а налаштування керування можна регулювати для компенсації зносу системи.

в чому заковикаСистеми з подвійною шестірнею можуть бути дорогими, оскільки розробникам зазвичай доводиться купувати другий двигун, шестерню та коробку передач.Слід також збільшити площу конструкції: другий двигун потребує більшої довжини для виконання руху.Наприклад, якщо користувачеві потрібна система керування рухом, щоб здійснювати зворотно-поступальні рухи вперед і назад на один метр, для розміщення другої шестерні, яка рухається на 200–300 мм позаду першої, потрібна стійка довжиною 1,2 або 1,3 м.Нарешті, вартість живлення двох двигунів є значною за типовий життєвий цикл від п’яти до десяти років.

Безлюфтова робота приводів із роликовою шестернею підходить для застосувань із довгим ходом, як-от ця фрезерна машина.
Інший варіант: роликові шестерні
Технологія роликової шестерні включає шестерню, що складається з опорних роликів, які зачіпають рейку з налаштованим профілем зубів.Два або більше роликів постійно з’єднуються із зубами зубчастої рейки, які знаходяться навпроти, щоб забезпечити вищу точність, ніж роз’ємні шестерні та системи приводу шестерень: Коротше кажучи, кожен ролик наближається до кожної поверхні зуба по дотичній траєкторії, а потім скочується вниз по поверхні для зниження тертя. робота з більш ніж 99% ефективності перетворення обертального руху в лінійний.

Роликова шестерня складається з опорних роликів, які зачіпають індивідуальний профіль зубів.
Конструкція також не має пружини, яка може згортатися та погіршувати точність, і ефективність не втрачається при подоланні сили пружини.Крім того, рух ролика не потребує зазору, що усуває люфт і помилку.Навпаки, для традиційної зубчастої рейки один зуб шестерні повинен відштовхнутися від одного боку зуба зубчастої рейки та миттєво перейти до наступної сторони зуба.

Роликова шестерня обрамляє різні зуби одночасно, охоплюючи одну сторону одного зуба та розподіляючи зазор з іншим.Для протидії першій не потрібна друга шестерня;одна шестірня точно передає необхідний крутний момент.

Конструкції на основі роликової шестерні також подовжують термін служби та скорочують технічне обслуговування.У повільніших застосуваннях система може працювати без змащення.Традиційні рейки з часом зношуються і вимагають компенсації точності позиціонування та крутного моменту, але роликові шестерні зберігають точність.Шестерні обох конструкцій вимагають періодичної заміни, але принаймні в порівнянні зі здвоєними шестернями загальні витрати на заміну роликової шестерні нижчі.

Приклади застосування
Розглянемо виробництво великих панелей фюзеляжу літаків.Ця програма може вимагати великої довжини ходу та високої точності на портальних машинах.Роликово-шестерні приводи забезпечують точне лінійне позиціонування на цих великих відстанях.

Навпаки, традиційна точність позиціонування зубчатої рейки та шестерні може бути недостатньою через вимоги до зазору;мінімальний зазор забезпечує точність на короткій відстані, але конструкція може бути дорогою у виробництві та встановленні на великих відстанях.Система з двома шестернями (з двома шестернями, попередньо натягнутими одна на одну) також може бути реалізована, але є дорогою та зазвичай не допускає змінного зазору, який також виникає на великих відстанях.

Іншим поширеним використанням системи з подвійною шестернею є розміщення ріжучої головки у фрезерній машині для скловолокна.Хоча привід із подвійною шестірнею може спочатку добре працювати в цьому застосуванні, поєднання пилу зі скловолокна та постійного тертя ковзання, створюваного протилежною шестернею, може спричинити передчасний знос.Використовуючи систему ролик-шестерня, яка використовує кочення, а не ковзання, очікувану тривалість життя можна збільшити на 300% або більше.

Поворотну версію системи ролик-шестерня також можна використовувати для виконання багатоосьового позиціонування.Тут кілька шестерень (усі рухаються незалежно) встановлені на одну шестерню.Конструкція займає менше місця, ніж приводи з двома шестернями, які іноді використовуються в цих програмах.