Existem muitas diferenças entre os acionamentos duplos tradicionais de cremalheira e pinhão, projetos baseados em pinhão dividido e sistemas de pinhão.

Da indústria aeroespacial às máquinas-ferramentas, corte de vidro, medicina e muito mais, os processos de fabricação dependem de um controle de movimento confiável. Vários sistemas de acionamento linear servo-controlados oferecem a velocidade e a precisão exigidas por essas aplicações.
Uma configuração comum combina servocontroles com um pinhão e cremalheira envolvente tradicional. Este último pode exigir folga entre a cremalheira e os dentes da engrenagem para evitar emperramento e desgaste excessivo, ou então mudanças ambientais (como uma mudança de temperatura de 10°) podem travar o sistema à medida que os dentes da engrenagem se expandem. Por outro lado, a folga resulta em folga, o que equivale a erro.

Problemas de folga em pinhões duplos e bipartidos
Para aplicações de precisão, uma solução típica para problemas de folga é adicionar um segundo pinhão que puxa na outra direção – contra o primeiro sistema, para atuar como um controle.

Uma iteração dessa ideia é usar um pinhão dividido. Aqui, um pinhão é essencialmente cortado na parte central lateral, com uma mola posicionada entre as duas metades. À medida que o pinhão dividido se move ao longo de uma cremalheira, a primeira metade do pinhão empurra um lado do dente da cremalheira e a outra metade no próximo dente da cremalheira. Desta forma, uma configuração de pinhão dividido elimina folgas e erros.

Aqui, como apenas metade do pinhão realiza trabalho – enquanto a outra metade atua como controle – a capacidade de torque é limitada. Além disso, como a dinâmica do acionamento deve superar a força da mola, ocorre perda de movimento, diminuindo a eficiência geral. Ao se mover sob aceleração, a mola também pode ceder ligeiramente, degradando a precisão do movimento. Finalmente, quando o pinhão é parado para realizar uma operação, como perfuração, o sistema de molas do pinhão pode flexionar ligeiramente, em vez de permanecer rígido.

Outra correção de folga consiste em um sistema de pinhão duplo. Neste arranjo, dois pinhões separados se movem ao longo da mesma cremalheira. Os pinhões agem de forma mestre/escravo, com o pinhão principal (mestre) realizando o posicionamento e o segundo pinhão (escravo) neutralizando a folga. Normalmente, os pinhões são controlados eletronicamente, de modo que a precisão é mantida e as configurações de controle podem ser ajustadas para compensar o desgaste do sistema.

Qual é o problema? Os sistemas de pinhão duplo podem ser caros, porque os projetistas geralmente precisam adquirir um segundo motor, pinhão e caixa de engrenagens. A área ocupada pelo projeto também deve ser aumentada: um segundo motor necessita de mais comprimento para executar o acionamento. Por exemplo, se um usuário precisar que o sistema de controle de movimento alterne um metro para frente e para trás, será necessário um comprimento de cremalheira de 1,2 ou 1,3 m para acomodar o segundo pinhão, que fica 200 a 300 mm atrás do primeiro. Finalmente, o custo de alimentar dois motores é substancial durante um ciclo de vida típico de cinco a 10 anos.

A operação sem folga dos acionamentos de pinhão é adequada para aplicações de curso longo, como esta fresadora.
Outra opção: pinhões de rolo
A tecnologia de pinhão de rolo inclui um pinhão composto por rolos suportados por rolamentos que engatam em uma cremalheira com um perfil de dente personalizado. Dois ou mais rolos se conectam com dentes de cremalheira em oposição o tempo todo, para oferecer maior precisão do que sistemas de pinhão dividido e acionamento de pinhão: Resumindo, cada rolo se aproxima de cada face do dente em um caminho tangente e, em seguida, rola pela face para baixo atrito operação com mais de 99% de eficiência na conversão de movimento rotativo em linear.

O pinhão é composto por rolos apoiados por rolamentos que engatam em um perfil de dente personalizado.
O projeto também não tem mola para colapsar e degradar a precisão, e nenhuma eficiência é perdida ao superar a força da mola. Além disso, a ação do rolo não requer folga, eliminando assim folgas e erros. Em contraste, para um sistema tradicional de cremalheira e pinhão, um dente do pinhão deve sair de um lado do dente da cremalheira e passar instantaneamente para o próximo lado do dente.

Um pinhão flanqueia diferentes dentes simultaneamente, abrangendo um lado de um dente e concedendo folga ao outro. Nenhum segundo pinhão é necessário para neutralizar o primeiro; um pinhão transmite com precisão a capacidade de torque necessária.

Projetos baseados em pinhão também prolongam a vida útil e reduzem a manutenção. Em aplicações mais lentas, o sistema pode funcionar sem lubrificação. As cremalheiras tradicionais se desgastam com o tempo e exigem compensação pela precisão de posicionamento e torque, mas os pinhões mantêm a precisão. Os pinhões de ambos os projetos exigem substituição periódica, mas pelo menos em comparação com pinhões duplos, os custos gerais de substituição de um pinhão são mais baixos.

Exemplos de aplicação
Considere a produção de grandes painéis de fuselagem de aeronaves. Esta aplicação pode exigir um longo percurso e alta precisão em máquinas tipo pórtico. Os acionamentos de pinhão proporcionam posicionamento linear preciso nessas longas distâncias.

Em contraste, a precisão posicional tradicional da cremalheira e do pinhão pode ser insuficiente devido aos requisitos de folga; a folga mínima mantém a precisão em percursos curtos, mas o projeto pode ser caro para fabricar e instalar em longas distâncias. Um sistema de pinhão duplo (com dois pinhões pré-carregados um contra o outro) também pode ser implementado, mas é caro e normalmente também não permite a folga variável que ocorre em longas distâncias.

Outro uso comum de um sistema de pinhão duplo é no posicionamento de uma cabeça de corte em uma fresadora de fibra de vidro. Embora o acionamento de pinhão duplo possa inicialmente funcionar bem nesta aplicação, a combinação de poeira de fibra de vidro e atrito de deslizamento constante criado pelo pinhão oposto pode causar desgaste prematuro. Ao usar um sistema de pinhão e rolo, que utiliza rolamento em vez de deslizamento, a expectativa de vida pode ser aumentada em 300% ou mais.

Uma versão rotativa do sistema de pinhão também pode ser usada para realizar posicionamento multieixo. Aqui, vários pinhões (todos se movendo de forma independente) são montados em uma engrenagem. O design ocupa menos espaço do que os acionamentos de pinhão duplo usados ​​algumas vezes nessas aplicações.