पारंपरिक रैक और पिनियन ट्विन ड्राइव, स्प्लिट-पिनियन-आधारित डिजाइन और रोलर-पिनियन प्रणालियों के बीच बहुत अंतर है।

एयरोस्पेस से लेकर मशीन टूलिंग, ग्लास कटिंग, मेडिकल और अन्य सभी निर्माण प्रक्रियाएँ विश्वसनीय गति नियंत्रण पर निर्भर करती हैं। इन अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक गति और परिशुद्धता प्रदान करने के लिए विभिन्न सर्वो-नियंत्रित रैखिक ड्राइव प्रणालियाँ काम करती हैं।
एक सामान्य सेटअप में सर्वो नियंत्रणों को पारंपरिक इनवॉल्यूट रैक और पिनियन के साथ जोड़ा जाता है। रैक और गियर के दांतों के बीच क्लीयरेंस की आवश्यकता हो सकती है ताकि जाम और अत्यधिक घिसाव से बचा जा सके, अन्यथा पर्यावरणीय परिवर्तन (जैसे 10° तापमान परिवर्तन) गियर के दांतों के विस्तार के कारण सिस्टम को लॉक कर सकते हैं। दूसरी ओर, क्लीयरेंस के परिणामस्वरूप बैकलैश होता है, जो त्रुटि के बराबर है।

ट्विन और स्प्लिट पिनियन में क्लीयरेंस संबंधी समस्याएं
परिशुद्धता अनुप्रयोगों के लिए, एक सामान्य निकासी-समस्या का समाधान एक दूसरा पिनियन जोड़ना है जो नियंत्रण के रूप में कार्य करने के लिए पहली प्रणाली के विपरीत दूसरी दिशा में खींचता है।

इस विचार का एक उदाहरण स्प्लिट पिनियन का उपयोग है। यहाँ, पिनियन को मूलतः पार्श्व मध्य से काटा जाता है, और दोनों हिस्सों के बीच एक स्प्रिंग लगाई जाती है। जैसे-जैसे स्प्लिट पिनियन रैक के साथ आगे बढ़ता है, पिनियन का पहला आधा हिस्सा रैक के एक दाँत पर और दूसरा आधा अगले रैक के दाँत पर दबाव डालता है। इस प्रकार, स्प्लिट पिनियन सेटअप बैकलैश और त्रुटि को समाप्त करता है।

यहाँ, चूँकि पिनियन का केवल आधा भाग ही कार्य करता है - जबकि शेष आधा भाग नियंत्रण का कार्य करता है - टॉर्क क्षमता सीमित होती है। इसके अतिरिक्त, चूँकि ड्राइव गतिकी को स्प्रिंग के बल पर विजय प्राप्त करनी होती है, गति में कमी होती है, जिससे समग्र दक्षता कम हो जाती है। त्वरण के तहत चलते समय, स्प्रिंग भी थोड़ा सा झुक सकती है, जिससे गति की सटीकता कम हो जाती है। अंततः, जब ड्रिलिंग जैसे किसी कार्य के लिए पिनियन को रोका जाता है, तो पिनियन में स्प्रिंग प्रणाली कठोर रहने के बजाय थोड़ा मुड़ सकती है।

एक अन्य क्लीयरेंस फिक्स में ट्विन-पिनियन सिस्टम शामिल है। इस व्यवस्था में, दो अलग-अलग पिनियन एक ही रैक पर चलते हैं। पिनियन मास्टर/स्लेव शैली में कार्य करते हैं, जिसमें अग्रणी (मास्टर) पिनियन पोजिशनिंग करता है, और दूसरा (स्लेव) पिनियन बैकलैश का प्रतिकार करता है। आमतौर पर, पिनियन इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित होते हैं, इसलिए सटीकता बनाए रखी जाती है और सिस्टम के घिसाव की भरपाई के लिए नियंत्रण सेटिंग्स को समायोजित किया जा सकता है।

क्या है पेच? ट्विन-पिनियन सिस्टम महंगे हो सकते हैं, क्योंकि डिज़ाइनरों को आमतौर पर एक दूसरी मोटर, पिनियन और गियरबॉक्स खरीदना पड़ता है। डिज़ाइन का आकार भी बढ़ाना होगा: दूसरी मोटर को चलाने के लिए ज़्यादा लंबाई की ज़रूरत होती है। उदाहरण के लिए, अगर किसी उपयोगकर्ता को गति नियंत्रण प्रणाली को एक मीटर आगे-पीछे करने की ज़रूरत है, तो दूसरे पिनियन को समायोजित करने के लिए 1.2 या 1.3 मीटर की रैक लंबाई की आवश्यकता होती है, जो पहले पिनियन से 200 से 300 मिमी पीछे होता है। अंत में, दो मोटरों को चलाने की लागत एक सामान्य पाँच से 10 साल के डिज़ाइन जीवन चक्र में काफ़ी ज़्यादा होती है।

रोलर-पिनियन ड्राइव का बैकलैश-मुक्त संचालन लंबे स्ट्रोक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जैसे कि यह रूटिंग मशीन।
एक अन्य विकल्प: रोलर पिनियन
रोलर पिनियन तकनीक में बेयरिंग-समर्थित रोलर्स से बना एक पिनियन शामिल होता है जो एक अनुकूलित टूथ प्रोफ़ाइल वाले रैक से जुड़ता है। स्प्लिट पिनियन और पिनियन ड्राइव सिस्टम की तुलना में अधिक सटीकता प्रदान करने के लिए, दो या दो से अधिक रोलर्स रैक के दांतों से हर समय विपरीत दिशा में जुड़े रहते हैं: संक्षेप में, प्रत्येक रोलर प्रत्येक टूथ फेस के पास एक स्पर्शरेखा पथ में पहुँचता है, और फिर घूर्णी गति को रैखिक गति में परिवर्तित करने में 99% से अधिक दक्षता के साथ कम घर्षण संचालन के लिए फेस से नीचे की ओर लुढ़कता है।

रोलर पिनियन में बेयरिंग-समर्थित रोलर्स होते हैं, जो अनुकूलित टूथ प्रोफाइल से जुड़ते हैं।
इस डिज़ाइन में कोई स्प्रिंग नहीं है जो ढह जाए और सटीकता को कम कर दे, और स्प्रिंग बल पर काबू पाने में कोई दक्षता नहीं खोती। इसके अलावा, रोलर क्रिया के लिए किसी क्लीयरेंस की आवश्यकता नहीं होती, इसलिए बैकलैश और त्रुटि समाप्त हो जाती है। इसके विपरीत, पारंपरिक रैक और पिनियन प्रणाली में, एक पिनियन दांत को रैक दांत के एक तरफ से धक्का देकर तुरंत दांत के अगले हिस्से पर जाना पड़ता है।

एक रोलर पिनियन एक साथ विभिन्न दांतों के दोनों ओर घूमता है, एक दांत के एक तरफ फैला होता है और दूसरे दांत को जगह देता है। पहले वाले को रोकने के लिए किसी दूसरे पिनियन की आवश्यकता नहीं होती; एक पिनियन आवश्यक टॉर्क क्षमता को सटीक रूप से संचारित करता है।

रोलर-पिनियन-आधारित डिज़ाइन जीवनकाल बढ़ाते हैं और रखरखाव कम करते हैं। धीमे अनुप्रयोगों में, सिस्टम बिना स्नेहन के भी चल सकता है। पारंपरिक रैक समय के साथ घिस जाते हैं और स्थितिगत सटीकता और टॉर्क के लिए क्षतिपूर्ति की आवश्यकता होती है, लेकिन रोलर पिनियन सटीकता बनाए रखते हैं। दोनों डिज़ाइनों के पिनियन को समय-समय पर बदलने की आवश्यकता होती है, लेकिन कम से कम ट्विन पिनियन की तुलना में, रोलर पिनियन की कुल प्रतिस्थापन लागत कम होती है।

अनुप्रयोग उदाहरण
बड़े विमान के धड़ पैनलों के उत्पादन पर विचार करें। इस अनुप्रयोग के लिए गैन्ट्री-शैली की मशीनों में लंबी यात्रा लंबाई और उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता हो सकती है। रोलर-पिनियन ड्राइव इन लंबी दूरियों पर सटीक रैखिक स्थिति प्रदान करते हैं।

इसके विपरीत, पारंपरिक रैक और पिनियन की स्थितिगत सटीकता क्लीयरेंस आवश्यकताओं के कारण अपर्याप्त हो सकती है; न्यूनतम क्लीयरेंस कम यात्रा दूरी पर सटीकता बनाए रखता है, लेकिन इस डिज़ाइन का निर्माण और लंबी दूरी पर स्थापना महंगी हो सकती है। एक ट्विन-पिनियन सिस्टम (जिसमें दो पिनियन एक-दूसरे के विरुद्ध पहले से लोड होते हैं) भी लागू किया जा सकता है, लेकिन यह महंगा होता है और आमतौर पर लंबी दूरी पर होने वाले अलग-अलग क्लीयरेंस की अनुमति नहीं देता है।

ट्विन-पिनियन प्रणाली का एक अन्य सामान्य उपयोग फाइबरग्लास रूटिंग मशीन में कटिंग हेड की स्थिति निर्धारित करना है। हालाँकि ट्विन-पिनियन ड्राइव इस अनुप्रयोग में शुरुआत में अच्छी तरह से काम कर सकती है, लेकिन फाइबरग्लास धूल और विपरीत पिनियन द्वारा उत्पन्न निरंतर फिसलन घर्षण के संयोजन से समय से पहले घिसाव हो सकता है। रोलर-पिनियन प्रणाली का उपयोग करके, जो फिसलने के बजाय रोलिंग का उपयोग करती है, जीवन प्रत्याशा को 300% या उससे अधिक तक बढ़ाया जा सकता है।

रोलर-पिनियन प्रणाली के एक रोटरी संस्करण का उपयोग बहु-अक्षीय स्थिति निर्धारण के लिए भी किया जा सकता है। यहाँ, कई पिनियन (सभी स्वतंत्र रूप से गतिमान) एक गियर पर लगाए जाते हैं। यह डिज़ाइन इन अनुप्रयोगों में कभी-कभी उपयोग किए जाने वाले ट्विन-पिनियन ड्राइव की तुलना में कम जगह लेता है।