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

Desde la industria aeroespacial hasta el mecanizado, el corte de vidrio, la medicina y otros sectores, los procesos de fabricación dependen de un control de movimiento fiable. Diversos sistemas de accionamiento lineal servocontrolados proporcionan la velocidad y la precisión que requieren estas aplicaciones.
Una configuración común combina servocontroles con un sistema tradicional de cremallera y piñón de perfil evolvente. Este último puede requerir holgura entre la cremallera y los dientes del engranaje para evitar atascos y un desgaste excesivo, ya que los 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, que equivale a un error.

Problemas de holgura en piñones gemelos y divididos
Para aplicaciones de precisión, una solución típica para los problemas de holgura es añadir un segundo piñón que tire en la dirección opuesta, en contra del primer sistema, para que actúe como control.

Una variante de esta idea consiste en utilizar un piñón partido. En este caso, el piñón se corta por la mitad lateralmente, con un resorte entre las dos mitades. A medida que el piñón partido se desplaza sobre la cremallera, la primera mitad empuja un diente de la cremallera y la otra mitad el diente contiguo. De esta forma, el sistema de piñón partido elimina la holgura y el error.

En este caso, dado que solo la mitad del piñón realiza trabajo —mientras que la otra mitad actúa como control—, la capacidad de torsión es limitada. Además, como la dinámica de transmisión debe vencer la fuerza del resorte, se produce una pérdida de movimiento, lo que disminuye la eficiencia general. Al acelerar, 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 el problema de holgura consiste en un sistema de doble piñón. En este sistema, dos piñones independientes se mueven a lo largo de la misma cremallera. Los piñones funcionan como maestro/esclavo: el piñón principal (maestro) realiza el posicionamiento y el segundo (esclavo) contrarresta la holgura. Normalmente, los piñones se controlan electrónicamente, lo que garantiza la precisión y permite ajustar los parámetros de control 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 engranajes. Además, el espacio necesario para el diseño aumenta: un segundo motor requiere mayor longitud para el accionamiento. Por ejemplo, si el sistema de control de movimiento necesita oscilar un metro, se requiere una cremallera de 1,2 o 1,3 m para alojar el segundo piñón, que se desplaza entre 200 y 300 mm detrás del primero. Por último, el coste de alimentar dos motores es considerable durante 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 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 de perfil dentado personalizado. Dos o más rodillos se conectan con los dientes de la cremallera en oposición constante, lo que proporciona 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 por dicha cara para lograr un funcionamiento de baja fricción con 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 dentado personalizado.
El diseño no incorpora resortes que puedan colapsar y degradar la precisión, ni se pierde eficiencia al vencer la fuerza de un resorte. Además, el mecanismo de rodillos no requiere holgura, eliminando así el juego y los errores. En cambio, en un sistema tradicional de cremallera y piñón, un diente del piñón debe empujar un lado del diente de la cremallera y moverse instantáneamente al otro lado.

Un piñón de rodillos flanquea simultáneamente diferentes dientes, ocupando 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 motor 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 de posición 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 dobles, los costos totales de reemplazo de un piñón de rodillos son menores.

Ejemplos de aplicación
Consideremos la producción de grandes paneles para fuselajes de aeronaves. Esta aplicación puede requerir un gran recorrido y alta precisión en máquinas tipo pórtico. Los accionamientos de rodillos y piñones proporcionan un posicionamiento lineal preciso en estas largas distancias.

En cambio, la precisión de posicionamiento 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 su fabricación e instalación en largas distancias pueden ser costosas. También se puede implementar un sistema de doble piñón (con dos piñones precargados entre sí), pero es costoso y, por lo general, tampoco permite la variación de holgura que se produce en largas distancias.

Otro uso común de un 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 de polvo de fibra de vidrio y la fricción constante generada por el piñón opuesto puede provocar un desgaste prematuro. Al utilizar un sistema de piñón y rodillo, 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 el posicionamiento multieje. En este caso, varios piñones (que se mueven de forma independiente) se montan en un solo engranaje. Este diseño ocupa menos espacio que los sistemas de doble piñón que a veces se utilizan en estas aplicaciones.