Le differenze abbondano tra le tradizionali unità doppie a pignone e cremagliera, i design basati su pignone diviso e i sistemi con pignone a rulli.

Dall'aerospaziale alle macchine utensili, al taglio del vetro, al settore medico e altro ancora, i processi di produzione dipendono da un controllo affidabile del movimento. A fornire la velocità e la precisione richieste da queste applicazioni sono vari sistemi di azionamento lineare servocontrollati.
Una configurazione comune combina i servocomandi con un tradizionale pignone e cremagliera ad evolvente. Quest'ultimo può richiedere spazio tra la cremagliera e i denti dell'ingranaggio per evitare inceppamenti e usura eccessiva, oppure i cambiamenti ambientali (come uno spostamento di temperatura di 10°) possono bloccare il sistema mentre i denti dell'ingranaggio si espandono. D'altra parte, il gioco provoca un gioco, che equivale a un errore.

Problemi di gioco nei pignoni gemelli e divisi
Per le applicazioni di precisione, una tipica soluzione ai problemi di gioco consiste nell'aggiungere un secondo pignone che tira nella direzione opposta, contro il primo sistema, per fungere da controllo.

Un'iterazione di questa idea consiste nell'utilizzare un pignone diviso. Qui, un pignone è essenzialmente tagliato nella parte centrale laterale, con una molla posizionata tra le due metà. Mentre il pignone diviso si muove lungo una cremagliera, la prima metà del pignone spinge su un lato del dente della cremagliera e l'altra metà sul dente della cremagliera successivo. In questo modo, una configurazione a pignone diviso elimina giochi ed errori.

In questo caso, poiché solo metà del pignone esegue il lavoro, mentre l'altra metà funge da controllo, la capacità di coppia è limitata. Inoltre, poiché la dinamica della trasmissione deve superare la forza della molla, si verifica una perdita di movimento, diminuendo l'efficienza complessiva. Durante il movimento in accelerazione, la molla può anche cedere leggermente, riducendo la precisione del movimento. Infine, quando il pignone viene fermato per eseguire un'operazione, come la foratura, il sistema a molla nel pignone può flettersi leggermente, invece di rimanere rigido.

Un'altra soluzione per il gioco consiste in un sistema a doppio pignone. In questa disposizione, due pignoni separati si muovono lungo la stessa cremagliera. I pignoni agiscono in modo master/slave, con il pignone principale (master) che esegue il posizionamento e il secondo pignone (slave) che contrasta il gioco. In genere, i pignoni sono controllati elettronicamente, pertanto viene mantenuta la precisione e le impostazioni di controllo possono essere regolate per compensare l'usura del sistema.

Qual è il problema? I sistemi a doppio pignone possono essere costosi, perché i progettisti devono solitamente acquistare un secondo motore, pignone e cambio. Anche l'ingombro del progetto deve essere aumentato: un secondo motore necessita di maggiore lunghezza per eseguire la guida. Ad esempio, se un utente necessita che il sistema di controllo del movimento muoia avanti e indietro di un metro, è necessaria una lunghezza della cremagliera di 1,2 o 1,3 m per accogliere il secondo pignone, che scorre da 200 a 300 mm dietro il primo. Infine, il costo per alimentare due motori è notevole in un ciclo di vita di progettazione tipico di cinque-dieci anni.

Il funzionamento senza gioco degli azionamenti con pignone a rulli è adatto per applicazioni a corsa lunga, come questa fresatrice.
Un'altra opzione: pignoni a rulli
La tecnologia dei pignoni a rulli comprende un pignone composto da rulli supportati da cuscinetti che ingranano una cremagliera con un profilo dei denti personalizzato. Due o più rulli si collegano sempre con i denti della cremagliera in opposizione, per offrire una maggiore precisione rispetto ai sistemi di trasmissione a pignone diviso e pignone: in breve, ciascun rullo si avvicina a ciascuna faccia del dente in un percorso tangente e quindi rotola lungo la faccia per un basso attrito funzionamento con efficienza superiore al 99% nella conversione del movimento rotatorio in lineare.

Il pignone a rulli è composto da rulli supportati da cuscinetti che ingranano un profilo dei denti personalizzato.
Il progetto non prevede alcuna molla che possa collassare e compromettere la precisione, e non si perde efficienza nel superare la forza della molla. Inoltre, l'azione del rullo non richiede gioco, eliminando così giochi ed errori. Al contrario, per un sistema tradizionale a pignone e cremagliera, un dente del pignone deve staccarsi da un lato del dente della cremagliera e spostarsi istantaneamente sul lato successivo del dente.

Un pignone a rulli affianca simultaneamente diversi denti, a cavallo di un lato di un dente e assegnando spazio a un altro. Non è necessario un secondo pignone per contrastare il primo; un pignone trasmette con precisione la capacità di coppia necessaria.

I design basati su pignoni a rulli prolungano inoltre la durata e riducono la manutenzione. Nelle applicazioni più lente, il sistema può funzionare senza lubrificazione. Le cremagliere tradizionali si usurano nel tempo e richiedono una compensazione per la precisione di posizionamento e la coppia, ma i pignoni a rulli mantengono la precisione. I pignoni di entrambe le versioni richiedono una sostituzione periodica, ma almeno rispetto ai pignoni gemelli, i costi complessivi di sostituzione per un pignone a rulli sono inferiori.

Esempi di applicazione
Consideriamo la produzione di grandi pannelli per la fusoliera degli aerei. Questa applicazione può richiedere una corsa lunga e un'elevata precisione su macchine a portale. Gli azionamenti con pignone a rulli forniscono un posizionamento lineare accurato su queste lunghe distanze.

Al contrario, la tradizionale precisione di posizionamento del pignone e della cremagliera potrebbe essere insufficiente a causa dei requisiti di gioco; Lo spazio minimo mantiene la precisione su corse brevi, ma il design può essere costoso da produrre e installare su lunghe distanze. Può anche essere implementato un sistema a doppio pignone (con due pignoni precaricati l'uno contro l'altro), ma è costoso e in genere non consente nemmeno il gioco variabile che si verifica su lunghe distanze.

Un altro uso comune di un sistema a doppio pignone è nel posizionamento di una testa di taglio in una fresatrice per fibra di vetro. Sebbene la trasmissione a doppio pignone possa inizialmente funzionare bene in questa applicazione, la combinazione di polvere di fibra di vetro e attrito radente costante creato dal pignone opposto può causare un'usura prematura. Utilizzando un sistema pignone-rullo, che utilizza il rotolamento anziché lo scorrimento, l'aspettativa di vita può essere aumentata del 300% o più.

Una versione rotativa del sistema pignone-rullo può essere utilizzata anche per eseguire il posizionamento multiasse. Qui, più pignoni (tutti che si muovono in modo indipendente) sono montati su un ingranaggio. Il design utilizza meno spazio rispetto alle trasmissioni a doppio pignone talvolta utilizzate in queste applicazioni.