Existen numerosas diferencias entre los sistemas de doble transmisión tradicionales de cremallera y piñón, los diseños basados ​​en piñones divididos y los sistemas de piñón de rodillos.

Desde la industria aeroespacial hasta la maquinaria, el corte de vidrio, la medicina y muchos otros sectores, los procesos de fabricación dependen de un control de movimiento fiable. Para proporcionar la velocidad y la precisión que requieren estas aplicaciones, se utilizan diversos sistemas de accionamiento lineal servo controlados.
Una configuración común combina servocontroladores con un sistema tradicional de cremallera y piñón evolvente. Este último puede requerir holgura entre la cremallera y los dientes del engranaje para evitar atascos y desgaste excesivo; de lo contrario, cambios ambientales (como una variación de temperatura de 10 °C) pueden bloquear el sistema al dilatarse los dientes del engranaje. Por otro lado, la holgura genera juego mecánico, que equivale a un error.

Problemas de holgura en piñones dobles y divididos
Para aplicaciones de precisión, una solución típica a los problemas de holgura consiste en añadir un segundo piñón que tire en la dirección opuesta —contra el primer sistema— para actuar como control.

Una variante de esta idea consiste en utilizar un piñón partido. En este caso, el piñón se corta longitudinalmente por la mitad, con un resorte entre ambas partes. Al moverse el piñón partido a lo largo de la cremallera, una mitad empuja un lado de un diente y la otra mitad el siguiente. De esta forma, el piñón partido elimina la holgura y el error.

Aquí, dado que solo la mitad del piñón realiza trabajo —mientras que la otra mitad actúa como control—, la capacidad de par es limitada. Además, como la dinámica de transmisión debe vencer la fuerza del resorte, se produce una pérdida de movimiento que disminuye la eficiencia general. Durante la aceleración, el resorte también puede ceder ligeramente, lo que reduce la precisión del movimiento. Finalmente, cuando el piñón se detiene para realizar una operación, como taladrar, el sistema de resortes del piñón puede flexionarse ligeramente en lugar de permanecer rígido.

Otra solución para corregir la holgura consiste en un sistema de doble piñón. En este sistema, dos piñones independientes se desplazan a lo largo de la misma cremallera. Los piñones funcionan en modo maestro/esclavo: el piñón principal (maestro) realiza el posicionamiento y el segundo (esclavo) contrarresta la holgura. Normalmente, los piñones se controlan electrónicamente, lo que permite mantener la precisión y ajustar la configuración para compensar el desgaste del sistema.

¿Cuál es el inconveniente? Los sistemas de doble piñón pueden resultar costosos, ya que los diseñadores suelen tener que adquirir un segundo motor, piñón y caja de cambios. Además, el espacio que ocupa el diseño aumenta: un segundo motor requiere mayor longitud para su funcionamiento. Por ejemplo, si se necesita que el sistema de control de movimiento se desplace un metro hacia adelante y hacia atrás, se requiere una cremallera de 1,2 o 1,3 m para alojar el segundo piñón, que se sitúa entre 200 y 300 mm detrás del primero. Por último, el coste de alimentar dos motores es considerable a lo largo de un ciclo de vida típico de diseño de cinco a diez años.

El funcionamiento sin holgura de los accionamientos de piñón y rodillo es adecuado para aplicaciones de carrera larga, como esta máquina fresadora.
Otra opción: Piñones de rodillos
La tecnología de piñón de rodillos incluye un piñón compuesto por rodillos soportados por cojinetes que engranan con una cremallera con un perfil de diente personalizado. Dos o más rodillos se conectan con los dientes de la cremallera en oposición constante, para ofrecer una mayor precisión que los sistemas de piñón partido y de transmisión por piñón. En resumen, cada rodillo se aproxima a cada cara del diente en una trayectoria tangente y luego rueda sobre ella para un funcionamiento con baja fricción y una eficiencia superior al 99 % en la conversión de movimiento rotatorio a lineal.

El piñón de rodillos está compuesto por rodillos soportados por cojinetes que engranan con un perfil de diente personalizado.
El diseño no tiene resorte que pueda colapsar y afectar la precisión, y tampoco se pierde eficiencia al vencer la fuerza de un resorte. Además, el mecanismo de rodillos no requiere holgura, lo que elimina el juego y los errores. En cambio, en un sistema tradicional de cremallera y piñón, un diente del piñón debe empujar un lado de un diente de la cremallera y pasar instantáneamente al lado opuesto.

Un piñón de rodillos rodea simultáneamente varios dientes, abarcando un lado de un diente y dejando espacio libre con otro. No se necesita un segundo piñón para contrarrestar al primero; un solo piñón transmite con precisión el par necesario.

Los diseños basados ​​en piñones de rodillos también prolongan la vida útil y reducen el mantenimiento. En aplicaciones de baja velocidad, el sistema puede funcionar sin lubricación. Las cremalleras tradicionales se desgastan con el tiempo y requieren compensación para la precisión posicional y el par, pero los piñones de rodillos mantienen la precisión. Los piñones de ambos diseños requieren reemplazo periódico, pero, al menos en comparación con los piñones gemelos, los costos totales de reemplazo de un piñón de rodillos son menores.

Ejemplos de aplicación
Consideremos la producción de paneles de fuselaje de gran tamaño para aeronaves. Esta aplicación puede requerir un gran recorrido y una alta precisión en máquinas de pórtico. Los accionamientos de piñón y rodillo proporcionan un posicionamiento lineal preciso a lo largo de estas grandes distancias.

En cambio, la precisión posicional de los sistemas tradicionales de cremallera y piñón puede resultar insuficiente debido a los requisitos de holgura; una holgura mínima mantiene la precisión en recorridos cortos, pero el diseño puede ser costoso de fabricar e instalar en largas distancias. También se puede implementar un sistema de doble piñón (con dos piñones precargados entre sí), pero es costoso y, por lo general, tampoco permite compensar la holgura variable que se produce en largas distancias.

Otro uso común del sistema de doble piñón es el posicionamiento del cabezal de corte en una fresadora de fibra de vidrio. Si bien el accionamiento de doble piñón puede funcionar bien inicialmente en esta aplicación, la combinación del polvo de fibra de vidrio y la fricción constante por deslizamiento generada por el piñón opuesto puede causar un desgaste prematuro. Al utilizar un sistema de piñón con rodillos, que emplea el rodamiento en lugar del deslizamiento, la vida útil puede incrementarse en un 300 % o más.

También se puede utilizar una versión rotativa del sistema de piñón y rodillo para realizar posicionamiento multieje. En este caso, varios piñones (que se mueven de forma independiente) están montados en un solo engranaje. Este diseño ocupa menos espacio que los accionamientos de doble piñón que a veces se utilizan en estas aplicaciones.