Abundan las diferencias entre las transmisiones tradicionales de piñón y cremallera, los diseños basados ​​en piñón dividido y los sistemas de piñón de rodillo.

Desde la industria aeroespacial hasta las máquinas herramienta, el corte de vidrio, la medicina y más, los procesos de fabricación dependen de un control de movimiento confiable. Para ofrecer la velocidad y precisión requeridas por estas aplicaciones, existen varios sistemas de accionamiento lineal servocontrolados.
Una configuración común combina servocontroles con un piñón y cremallera involuta tradicional. Esto último puede requerir espacio entre la cremallera y los dientes del engranaje para evitar atascos y desgaste excesivo, o bien los cambios ambientales (como un cambio de temperatura de 10°) pueden bloquear el sistema a medida que los dientes del engranaje se expanden. Por otro lado, la holgura produce una reacción, lo que equivale a un error.

Problemas de holgura en piñones gemelos y partidos
Para aplicaciones de precisión, una solución típica al problema de holgura es agregar un segundo piñón que tira en la otra dirección, contra el primer sistema, para que actúe como control.

Una iteración de esta idea es utilizar un piñón partido. Aquí, básicamente se corta un piñón por el medio lateral, con un resorte colocado entre las dos mitades. A medida que el piñón partido se mueve a lo largo de una cremallera, la primera mitad del piñón empuja un lado de un diente de cremallera y la otra mitad empuja el siguiente diente de cremallera. De esta manera, una configuración de piñón partido elimina el juego y el error.

En este caso, debido a que sólo la mitad del piñón realiza trabajo (mientras la otra mitad actúa como control), la capacidad de torsión es limitada. Además, debido a que la dinámica de accionamiento debe superar la fuerza del resorte, se produce una pérdida de movimiento, lo que disminuye la eficiencia general. Mientras se mueve bajo aceleración, el resorte también puede degradar ligeramente la precisión del movimiento. Finalmente, cuando se detiene el piñón para realizar una operación, como taladrar, el sistema de resorte del piñón puede flexionarse ligeramente, en lugar de permanecer rígido.

Otra solución de holgura consiste en un sistema de doble piñón. En esta disposición, dos piñones separados se mueven a lo largo de la misma cremallera. Los piñones actúan de forma maestro/esclavo: el piñón principal (maestro) realiza el posicionamiento y el segundo piñón (esclavo) contrarresta el juego. Normalmente, los piñones se controlan electrónicamente, por lo que se mantiene la precisión y se pueden ajustar los ajustes de control para compensar el desgaste del sistema.

¿Cuál es el truco? Los sistemas de doble piñón pueden ser costosos porque los diseñadores generalmente deben comprar un segundo motor, piñón y caja de cambios. También se debe aumentar el tamaño del diseño: un segundo motor necesita más longitud para ejecutar la conducción. Por ejemplo, si un usuario necesita que el sistema de control de movimiento se mueva hacia adelante y hacia atrás un metro, se requiere una longitud de cremallera de 1,2 o 1,3 m para acomodar el segundo piñón, que se desplaza de 200 a 300 mm detrás del primero. Finalmente, el costo de alimentar dos motores es sustancial durante un ciclo de vida de diseño típico de cinco a diez años.

El funcionamiento sin juego de los accionamientos de piñón de rodillo es adecuado para aplicaciones de carrera larga, como esta fresadora.
Otra opción: Piñones de rodillos
La tecnología de piñón de rodillo incluye un piñón compuesto por rodillos soportados por cojinetes que se acoplan a una cremallera con un perfil de diente personalizado. Dos o más rodillos se conectan con dientes de cremallera en oposición en todo momento, para ofrecer mayor precisión que los sistemas de piñón dividido y transmisión de piñón: en resumen, cada rodillo se acerca a cada cara de diente en una trayectoria tangente y luego rueda hacia abajo por la cara para lograr baja fricción. operación con más del 99% de eficiencia en la conversión de movimiento giratorio a lineal.

El piñón de rodillos se compone de rodillos soportados por cojinetes que engranan con un perfil de diente personalizado.
El diseño tampoco tiene resorte que pueda colapsar y degradar la precisión, y no se pierde eficiencia al superar la fuerza del resorte. Además, la acción del rodillo no requiere espacio, por lo que elimina el juego y el error. Por el contrario, para un sistema tradicional de piñón y cremallera, un diente del piñón debe empujarse desde un lado de un diente de cremallera y pasar instantáneamente al siguiente lado del diente.

Un piñón de rodillo flanquea diferentes dientes simultáneamente, a horcajadas sobre un lado de un diente y permitiendo espacio con el otro. No se necesita un segundo piñón para contrarrestar el primero; un piñón transmite con precisión la capacidad de par necesaria.

Los diseños basados ​​en piñón de rodillo también prolongan la vida útil y reducen el mantenimiento. En aplicaciones más lentas, el sistema puede funcionar sin lubricación. Las cremalleras tradicionales se desgastan con el tiempo y requieren compensación por la precisión posicional y el par, pero los piñones de rodillos mantienen la precisión. Los piñones de ambas versiones requieren una sustitución periódica, pero al menos en comparación con los piñones gemelos, los costes totales de sustitución de un piñón de rodillo son menores.

Ejemplos de aplicación
Consideremos la producción de grandes paneles de fuselaje de aviones. Esta aplicación puede requerir un recorrido largo y alta precisión en máquinas tipo pórtico. Las transmisiones por piñón de rodillo ofrecen un posicionamiento lineal preciso en estas largas distancias.

Por el contrario, la precisión posicional tradicional del piñón y cremallera puede ser insuficiente debido a los requisitos de espacio libre; El espacio libre mínimo mantiene la precisión en recorridos cortos, pero el diseño puede ser costoso de fabricar e instalar en distancias largas. También se puede implementar un sistema de doble piñón (con dos piñones precargados uno contra el otro), pero es costoso y normalmente tampoco permite la holgura variable que se produce en distancias largas.

Otro uso común de un sistema de doble piñón es colocar un cabezal de corte en una máquina fresadora de fibra de vidrio. Si bien la transmisión de doble piñón puede funcionar bien inicialmente en esta aplicación, la combinación de polvo de fibra de vidrio y la fricción deslizante constante creada por el piñón opuesto puede provocar un desgaste prematuro. Al utilizar un sistema de piñón y rodillo, que utiliza rodamientos en lugar de deslizamiento, la esperanza de vida se puede aumentar en un 300% o más.

También se puede utilizar una versión giratoria del sistema de piñón-rodillo para realizar un posicionamiento multieje. Aquí, varios piñones (todos se mueven de forma independiente) están montados en un engranaje. El diseño utiliza menos espacio que las transmisiones de doble piñón que a veces se utilizan en estas aplicaciones.