Les différences sont nombreuses entre les transmissions traditionnelles à double pignon et crémaillère, les conceptions à pignon divisé et les systèmes à pignon à rouleaux.

De l'aéronautique à l'usinage, en passant par la découpe du verre et le médical, les processus de fabrication dépendent d'un contrôle de mouvement fiable. Différents systèmes d'entraînement linéaire servocommandés offrent la vitesse et la précision requises par ces applications.
Une configuration courante combine des servocommandes avec une crémaillère à développante traditionnelle. Cette dernière peut nécessiter un jeu entre la crémaillère et les dents de l'engrenage pour éviter les blocages et l'usure excessive, ou bien des variations environnementales (comme un écart de température de 10 °C) peuvent bloquer le système lors de la dilatation des dents de l'engrenage. En revanche, ce jeu entraîne un jeu, équivalent à une erreur.

Problèmes de jeu dans les pignons doubles et divisés
Pour les applications de précision, une solution typique aux problèmes de jeu consiste à ajouter un deuxième pignon qui tire dans l'autre sens, contre le premier système, pour agir comme une commande.

Une variante de cette idée consiste à utiliser un pignon divisé. Dans ce cas, un pignon est découpé latéralement au milieu, un ressort étant placé entre les deux moitiés. Lorsque le pignon divisé se déplace le long d'une crémaillère, la première moitié du pignon pousse sur un côté d'une dent de crémaillère et l'autre moitié sur la dent suivante. De cette façon, un montage à pignon divisé élimine le jeu et les erreurs.

Ici, comme seule la moitié du pignon travaille, l'autre moitié assurant la commande, la capacité de couple est limitée. De plus, la dynamique d'entraînement devant vaincre la force du ressort, une perte de mouvement se produit, diminuant ainsi l'efficacité globale. En accélération, le ressort peut également légèrement fléchir, ce qui dégrade la précision du mouvement. Enfin, lorsque le pignon est arrêté pour une opération, comme un perçage, le système de ressorts du pignon peut fléchir légèrement au lieu de rester rigide.

Une autre solution pour corriger le jeu consiste à utiliser un système à double pignon. Dans ce cas, deux pignons distincts se déplacent sur la même crémaillère. Les pignons fonctionnent en mode maître/esclave : le pignon principal (maître) assure le positionnement et le second (esclave) compense le jeu. Généralement, les pignons sont contrôlés électroniquement, ce qui permet de maintenir la précision et d'ajuster les paramètres de contrôle pour compenser l'usure du système.

Quel est le problème ? Les systèmes à double pignon peuvent être coûteux, car les concepteurs doivent généralement acheter un second moteur, un pignon et un réducteur. L'encombrement au sol doit également être augmenté : un second moteur nécessite une longueur plus importante pour l'entraînement. Par exemple, si un utilisateur souhaite que le système de contrôle de mouvement effectue un mouvement de va-et-vient d'un mètre, une crémaillère de 1,2 ou 1,3 m de long est nécessaire pour loger le second pignon, qui se trouve 200 à 300 mm derrière le premier. Enfin, le coût d'alimentation de deux moteurs est conséquent sur un cycle de vie de conception typique de cinq à dix ans.

Le fonctionnement sans jeu des entraînements à pignons et rouleaux est adapté aux applications à course longue, comme cette fraiseuse.
Autre option : les pignons à rouleaux
La technologie des pignons à rouleaux comprend un pignon composé de rouleaux supportés par des roulements qui engrènent une crémaillère au profil de denture personnalisé. Deux ou plusieurs rouleaux sont constamment en contact avec les dents de la crémaillère, en opposition, pour une précision supérieure à celle des systèmes à pignons séparés et à entraînement par pignon. En résumé, chaque rouleau aborde chaque face de dent selon une trajectoire tangentielle, puis roule le long de la face pour un fonctionnement à faible frottement, avec un rendement supérieur à 99 % pour la conversion du mouvement rotatif en mouvement linéaire.

Le pignon à rouleaux est composé de rouleaux supportés par des roulements qui s'engagent dans un profil de dent personnalisé.
Cette conception ne comporte pas de ressort susceptible de s'affaisser et de dégrader la précision, et la résistance à la force du ressort ne nuit pas à l'efficacité. De plus, l'actionnement du rouleau ne nécessite aucun jeu, éliminant ainsi le jeu et les erreurs. En revanche, avec un système pignon-crémaillère traditionnel, une dent du pignon doit se déplacer d'un côté d'une dent de crémaillère et passer instantanément au côté suivant.

Un pignon à rouleaux encadre simultanément différentes dents, chevauchant un côté de chaque dent et ménageant un jeu avec l'autre. Aucun second pignon n'est nécessaire pour contrebalancer le premier ; un seul pignon transmet avec précision le couple nécessaire.

Les conceptions à pignons à rouleaux prolongent également la durée de vie et réduisent la maintenance. Dans les applications plus lentes, le système peut fonctionner sans lubrification. Les crémaillères traditionnelles s'usent avec le temps et nécessitent une compensation pour la précision de positionnement et le couple, tandis que les pignons à rouleaux conservent leur précision. Les pignons des deux conceptions nécessitent un remplacement périodique, mais, au moins par rapport aux pignons jumelés, le coût global de remplacement d'un pignon à rouleaux est inférieur.

Exemples d'application
Prenons l'exemple de la production de grands panneaux de fuselage d'avion. Cette application peut nécessiter une grande course et une grande précision sur des machines à portique. Les entraînements à pignons et rouleaux assurent un positionnement linéaire précis sur ces longues distances.

En revanche, la précision de positionnement des crémaillères traditionnelles peut s'avérer insuffisante en raison des exigences de jeu. Un jeu minimal permet de maintenir la précision sur de courtes distances, mais sa conception peut être coûteuse à fabriquer et à installer sur de longues distances. Un système à double pignon (avec deux pignons préchargés l'un contre l'autre) peut également être mis en œuvre, mais il est coûteux et ne permet généralement pas non plus de compenser les variations de jeu sur de longues distances.

Un autre usage courant d'un système à double pignon est le positionnement d'une tête de coupe dans une fraiseuse à fibre de verre. Bien que l'entraînement à double pignon puisse initialement bien fonctionner dans cette application, la combinaison de la poussière de fibre de verre et du frottement de glissement constant créé par le pignon opposé peut entraîner une usure prématurée. L'utilisation d'un système à pignon à galet, qui utilise le roulement plutôt que le glissement, permet d'augmenter la durée de vie de 300 % ou plus.

Une version rotative du système à pignons et rouleaux peut également être utilisée pour le positionnement multiaxes. Dans ce cas, plusieurs pignons (tous mobiles indépendamment) sont montés sur un même engrenage. Cette conception est plus compacte que les entraînements à double pignon parfois utilisés dans ces applications.