Esistono numerose differenze tra le tradizionali trasmissioni a cremagliera e pignone, i sistemi a pignone scomponibile e i sistemi a pignone a rulli.

Dall'industria aerospaziale alla lavorazione meccanica, dal taglio del vetro al settore medicale e altro ancora, i processi produttivi dipendono da un controllo del movimento affidabile. Diversi sistemi di azionamento lineare servocontrollati garantiscono la velocità e la precisione richieste da queste applicazioni.
Una configurazione comune combina i servocomandi con un tradizionale sistema a cremagliera e pignone a evolvente. Quest'ultimo può richiedere un certo gioco tra i denti della cremagliera e quelli dell'ingranaggio per evitare inceppamenti e usura eccessiva, altrimenti le variazioni ambientali (come uno sbalzo di temperatura di 10°) possono bloccare il sistema a causa della dilatazione termica dei denti. D'altra parte, il gioco eccessivo genera un gioco meccanico, che equivale a un errore.

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

Una variante di questa idea prevede l'utilizzo di un pignone scomponibile. In questo caso, il pignone viene essenzialmente tagliato longitudinalmente a metà, con una molla posizionata tra le due metà. Quando il pignone scomponibile si muove lungo una cremagliera, la prima metà del pignone spinge su un lato di un dente della cremagliera e l'altra metà sul dente successivo. In questo modo, una configurazione con pignone scomponibile elimina il gioco e gli errori.

In questo caso, poiché solo metà del pignone svolge lavoro — mentre l'altra metà funge da controllo — la capacità di coppia è limitata. Inoltre, poiché la dinamica di trasmissione deve vincere la forza della molla, si verifica una perdita di movimento, che diminuisce l'efficienza complessiva. Durante il movimento in accelerazione, la molla può anche cedere leggermente, compromettendo la precisione del movimento. Infine, quando il pignone viene fermato per eseguire un'operazione, come la foratura, il sistema di molle al suo interno può flettersi leggermente, invece di rimanere rigido.

Un'altra soluzione per il gioco consiste in un sistema a doppio pignone. In questa configurazione, due pignoni separati si muovono lungo la stessa cremagliera. I pignoni funzionano in modalità master/slave, con il pignone principale (master) che si occupa del posizionamento e il secondo pignone (slave) che contrasta il gioco. In genere, i pignoni sono controllati elettronicamente, in modo da mantenere la precisione e consentire la regolazione delle impostazioni di controllo 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, un secondo pignone e un secondo riduttore. Anche l'ingombro del progetto deve essere aumentato: un secondo motore richiede una maggiore lunghezza per eseguire la trasmissione. Ad esempio, se un utente ha bisogno che il sistema di controllo del movimento si muova avanti e indietro di un metro, è necessaria una cremagliera lunga 1,2 o 1,3 m per ospitare il secondo pignone, che si trova a 200-300 mm dietro il primo. Infine, il costo di alimentazione di due motori è considerevole in un tipico ciclo di vita del progetto di cinque-dieci anni.

Il funzionamento senza gioco degli azionamenti a pignone e rulli è adatto per applicazioni a corsa lunga, come questa fresatrice.
Un'altra opzione: pignoni a rulli
La tecnologia a pignone a rulli prevede un pignone composto da rulli supportati da cuscinetti che si innestano su una cremagliera con un profilo dentato personalizzato. Due o più rulli sono sempre in contatto con i denti della cremagliera in posizione opposta, per garantire una precisione superiore rispetto ai sistemi di trasmissione a pignone e pignone separati: in breve, ogni rullo si avvicina alla superficie del dente con un percorso tangenziale, per poi rotolare lungo la superficie stessa, consentendo un funzionamento a basso attrito con un'efficienza superiore al 99% nella conversione del moto rotatorio in moto lineare.

Il pignone a rulli è composto da rulli supportati da cuscinetti che si innestano su un profilo dentato personalizzato.
Il design non prevede molle che possano collassare e compromettere la precisione, e non si perde efficienza nel vincere la forza di una molla. Inoltre, l'azione a rulli non richiede gioco, eliminando così il gioco meccanico e gli errori. Al contrario, in un tradizionale sistema a cremagliera e pignone, un dente del pignone deve spingere via da un lato di un dente della cremagliera e spostarsi istantaneamente sul lato successivo del dente.

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

I sistemi basati su pignoni a rulli prolungano la durata e riducono la manutenzione. Nelle applicazioni a bassa velocità, il sistema può funzionare senza lubrificazione. Le cremagliere tradizionali si usurano nel tempo e richiedono compensazioni per mantenere la precisione di posizionamento e la coppia, mentre i pignoni a rulli mantengono la precisione. Entrambi i tipi di pignone 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
Si consideri la produzione di grandi pannelli per la fusoliera degli aerei. Questa applicazione può richiedere lunghe corse e un'elevata precisione su macchine a portale. Gli azionamenti a rulli e pignoni garantiscono un posizionamento lineare preciso su queste lunghe distanze.

Al contrario, la precisione di posizionamento dei tradizionali sistemi a cremagliera e pignone può risultare insufficiente a causa dei requisiti di gioco; un gioco minimo garantisce la precisione su brevi distanze, ma la progettazione può essere costosa da realizzare e installare su lunghe distanze. Si può anche implementare un sistema a doppio pignone (con due pignoni precaricati l'uno contro l'altro), ma è costoso e in genere non consente di compensare il gioco variabile che si verifica su lunghe distanze.

Un altro utilizzo comune del sistema a doppio pignone è nel posizionamento della 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 il costante attrito di scorrimento creato dal pignone opposto può causare un'usura prematura. Utilizzando un sistema a pignone a rulli, che sfrutta il rotolamento anziché lo scorrimento, la durata utile può essere aumentata del 300% o più.

Per il posizionamento multiasse è possibile utilizzare anche una versione rotativa del sistema a rulli e pignoni. In questo caso, più pignoni (ognuno dei quali si muove indipendentemente) sono montati su un unico ingranaggio. Questa soluzione occupa meno spazio rispetto ai sistemi a doppio pignone talvolta utilizzati in queste applicazioni.