Les différences sont nombreuses entre les entraînements jumelés à crémaillère et pignon traditionnels, les conceptions à pignon divisé et les systèmes à pignon et à rouleaux.

De l'aérospatiale aux machines-outils, en passant par la découpe du verre, le secteur médical et bien plus encore, les processus de fabrication dépendent d'un contrôle de mouvement fiable. Différents systèmes d'entraînement linéaires servocommandés offrent la vitesse et la précision requises par ces applications.
Une configuration courante combine des servocommandes avec une crémaillère et un pignon à développante traditionnels. Ces derniers peuvent nécessiter un jeu entre la crémaillère et les dents de l'engrenage pour éviter les blocages et l'usure excessive, sinon des changements environnementaux (tels qu'un changement de température de 10°) peuvent bloquer le système à mesure que les dents de l'engrenage se dilatent. D’un autre côté, le jeu entraîne un jeu, ce qui équivaut à une erreur.

Problèmes de jeu dans les pignons jumelés 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 un contrôle.

Une itération de cette idée consiste à utiliser un pignon fendu. Ici, un pignon est essentiellement coupé au milieu latéral, avec un ressort positionné entre les deux moitiés. Lorsque le pignon fendu se déplace le long d'une crémaillère, la première moitié du pignon pousse d'un côté d'une dent de crémaillère et l'autre moitié sur la dent de crémaillère suivante. De cette façon, une configuration à pignon divisé élimine le jeu et les erreurs.

Ici, comme seule la moitié du pignon effectue le travail – tandis que l’autre moitié fait office de commande – la capacité de couple est limitée. De plus, comme la dynamique d'entraînement doit vaincre la force du ressort, une perte de mouvement se produit, ce qui diminue l'efficacité globale. Lorsqu'il se déplace sous accélération, le ressort peut également donner une légère dégradation de la précision du mouvement. Enfin, lorsque le pignon est arrêté pour effectuer une opération, comme un perçage, le système ressort du pignon peut fléchir légèrement, au lieu de rester rigide.

Une autre solution de dégagement consiste en un système à double pignon. Dans cette disposition, deux pignons distincts se déplacent le long de la même crémaillère. Les pignons agissent de manière maître/esclave, le pignon menant (maître) effectuant le positionnement et le deuxième pignon (esclave) neutralisant le jeu. En règle générale, les pignons sont contrôlés électroniquement, de sorte que la précision est maintenue et que les paramètres de contrôle peuvent être ajustés pour compenser l'usure du système.

Quel est le piège ? Les systèmes à double pignon peuvent être coûteux, car les concepteurs doivent généralement acheter un deuxième moteur, un pignon et une boîte de vitesses. L'encombrement de conception doit également être augmenté : un deuxième moteur nécessite plus de longueur pour exécuter l'entraînement. Par exemple, si un utilisateur a besoin que le système de contrôle de mouvement effectue un mouvement de va-et-vient d'un mètre, une longueur de crémaillère de 1,2 ou 1,3 m est requise pour accueillir le deuxième pignon, qui se déplace de 200 à 300 mm derrière le premier. Enfin, le coût d’alimentation de deux moteurs est substantiel sur un cycle de vie de conception typique de cinq à dix ans.

Le fonctionnement sans jeu des entraînements à pignon et à rouleaux convient 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 s'engagent dans une crémaillère avec un profil de dent personnalisé. Deux rouleaux ou plus se connectent avec des dents de crémaillère en opposition à tout moment, pour offrir une plus grande précision que les systèmes d'entraînement à pignon divisé et à pignon : en bref, chaque rouleau s'approche de chaque face de dent selon une trajectoire tangentielle, puis roule sur la face pour un faible frottement. fonctionnement avec une efficacité de plus de 99 % dans 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.
La conception ne comporte pas non plus de ressort susceptible de s'effondrer et de dégrader la précision, et aucune efficacité n'est perdue en surmontant la force d'un ressort. De plus, l'action du rouleau ne nécessite aucun jeu, ce qui élimine les jeux et les erreurs. En revanche, pour un système à crémaillère et pignon traditionnel, une dent de pignon doit pousser d'un côté d'une dent de crémaillère et passer instantanément du côté suivant de la dent.

Un pignon à rouleaux flanque simultanément différentes dents, chevauchant un côté d'une dent et allouant un jeu avec l'autre. Aucun deuxième pignon n’est nécessaire pour contrecarrer le premier ; un pignon transmet avec précision la capacité de couple nécessaire.

Les conceptions basées sur des 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 position et le couple, mais les pignons à rouleaux maintiennent la précision. Les pignons des deux modèles nécessitent un remplacement périodique, mais au moins par rapport aux pignons jumelés, les coûts globaux de remplacement d'un pignon à rouleaux sont inférieurs.

Exemples d'applications
Considérons la production de panneaux de fuselage pour gros avions. Cette application peut nécessiter une grande longueur de déplacement et une haute précision sur les machines de type portique. Les entraînements à rouleaux et pignons assurent un positionnement linéaire précis sur ces longues distances.

En revanche, la précision de positionnement traditionnelle des crémaillères et pignons peut être insuffisante en raison des exigences de dégagement ; un dégagement minimal maintient la précision sur de courtes distances de déplacement, mais la 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 le jeu variable qui se produit sur de longues distances.

Une autre utilisation courante d'un système à double pignon consiste à positionner une tête de coupe dans une machine à défoncer la fibre de verre. Bien que l'entraînement à double pignon puisse initialement bien fonctionner dans cette application, la combinaison de poussière de fibre de verre et de friction de glissement constante créée par le pignon opposé peut provoquer une usure prématurée. En utilisant un système à rouleaux et pignons, qui utilise le roulement plutôt que le glissement, la durée de vie peut être augmentée de 300 % ou plus.

Une version rotative du système à rouleaux et pignons peut également être utilisée pour effectuer un positionnement multi-axes. Ici, plusieurs pignons (tous se déplaçant indépendamment) sont montés sur un seul engrenage. La conception utilise moins d'espace que les entraînements à double pignon parfois utilisés dans ces applications.