Существует множество различий между традиционными сдвоенными приводами реечной передачи, конструкциями с разделенной шестерней и системами роликовой шестерни.

От аэрокосмической отрасли до станкостроения, резки стекла, медицины и многого другого — производственные процессы зависят от надежного управления движением. Скорость и точность, необходимые для этих задач, обеспечивают различные системы линейного привода с сервоуправлением.
Одна из распространенных установок сочетает в себе сервоприводы с традиционной эвольвентной реечкой. В последнем случае может потребоваться зазор между рейкой и зубьями шестерни, чтобы предотвратить заедание и чрезмерный износ, иначе изменения окружающей среды (например, сдвиг температуры на 10 °) могут заблокировать систему из-за расширения зубьев шестерни. С другой стороны, зазор приводит к люфту, что эквивалентно ошибке.

Проблемы с зазором в сдвоенных и разделенных шестернях
Для прецизионных применений одним из типичных способов решения проблемы зазора является добавление второй шестерни, которая тянет в другом направлении — против первой системы, чтобы действовать как элемент управления.

Одним из вариантов этой идеи является использование разрезной шестерни. Здесь шестерня, по сути, вырезана посередине сбоку, а между двумя половинками расположена пружина. Когда разрезная шестерня движется по рейке, первая половина шестерни давит на одну сторону зуба рейки, а другая половина - на зуб следующей рейки. Таким образом, установка с разделенной шестерней исключает люфт и ошибки.

Здесь, поскольку только половина шестерни выполняет работу, а другая половина действует как управление, крутящий момент ограничен. Кроме того, поскольку динамика привода должна преодолевать силу пружины, происходит потеря движения, что снижает общую эффективность. При движении с ускорением пружина также может немного ухудшать точность движения. Наконец, когда шестерня останавливается для выполнения какой-либо операции, например сверления, пружинная система в шестерне может слегка изгибаться, а не оставаться жесткой.

Еще одно исправление зазора состоит из системы с двумя шестернями. В такой конструкции две отдельные шестерни движутся по одной рейке. Шестерни действуют по принципу ведущий/ведомый: ведущая (ведущая) шестерня выполняет позиционирование, а вторая (ведомая) шестерня противодействует люфту. Обычно шестерни управляются электроникой, поэтому сохраняется точность и можно регулировать настройки управления для компенсации износа системы.

В чем подвох? Системы с двумя шестернями могут быть дорогостоящими, поскольку конструкторам обычно приходится приобретать второй двигатель, шестерню и коробку передач. Также необходимо увеличить занимаемую площадь: второй двигатель требует большей длины для обеспечения движения. Например, если пользователю необходимо, чтобы система управления движением совершала возвратно-поступательное движение вперед и назад на один метр, потребуется стойка длиной 1,2 или 1,3 м для размещения второй шестерни, которая перемещается на 200–300 мм позади первой. Наконец, стоимость питания двух двигателей значительна в течение типичного жизненного цикла конструкции, составляющего от пяти до 10 лет.

Безлюфтовая работа ролико-шестеренчатых приводов подходит для применений с длинным ходом, таких как этот фрезерный станок.
Другой вариант: роликовые шестерни.
Технология роликовых шестерен включает в себя шестерню, состоящую из роликов, опирающихся на подшипники, которые входят в зацепление с рейкой с настроенным профилем зубьев. Два или более ролика всегда соединяются с зубьями рейки, расположенными напротив друг друга, что обеспечивает более высокую точность, чем системы с разъемной шестерней и шестеренчатым приводом: Короче говоря, каждый ролик приближается к каждой поверхности зуба по касательной, а затем скатывается по поверхности с низким коэффициентом трения. работа с эффективностью более 99% при преобразовании вращательного движения в линейное.

Роликовая шестерня состоит из роликов, опирающихся на подшипники, которые входят в зацепление с настроенным профилем зубьев.
В конструкции также нет пружины, которая могла бы схлопываться и снижать точность, и при преодолении силы пружины не теряется эффективность. Кроме того, для действия ролика не требуется зазор, что исключает люфт и ошибки. Напротив, в традиционной реечной системе один зуб шестерни должен оттолкнуться от одной стороны зуба рейки и мгновенно перейти к следующей стороне зуба.

Роликовая шестерня одновременно обходит разные зубья, охватывая одну сторону одного зуба и оставляя зазор с другим. Никакая вторая шестерня не требуется, чтобы противодействовать первой; одна шестерня точно передает необходимый крутящий момент.

Конструкции с роликовой шестерней также продлевают срок службы и сокращают необходимость технического обслуживания. В более медленных условиях система может работать без смазки. Традиционные рейки со временем изнашиваются и требуют компенсации точности позиционирования и крутящего момента, но роликовые шестерни сохраняют точность. Шестерни обеих конструкций требуют периодической замены, но, по крайней мере, по сравнению со сдвоенными шестернями, общие затраты на замену роликовой шестерни ниже.

Примеры применения
Рассмотрим производство больших панелей фюзеляжа самолетов. Это приложение может потребовать большой длины перемещения и высокой точности на станках портального типа. Роликовые приводы обеспечивают точное линейное позиционирование на больших расстояниях.

Напротив, традиционная точность позиционирования реечной передачи может быть недостаточной из-за требований к зазору; минимальный зазор обеспечивает точность на коротких длинах хода, но изготовление и установка конструкции на больших расстояниях может оказаться дорогостоящей. Также может быть реализована система с двумя шестернями (с двумя шестернями, предварительно нагруженными друг на друга), но она дорогостоящая и обычно не позволяет также изменять зазор, который возникает на больших расстояниях.

Еще одно распространенное применение системы с двумя шестернями — установка режущей головки в станке для фрезерования стекловолокна. Хотя привод с двумя шестернями поначалу может хорошо работать в этом случае, сочетание пыли из стекловолокна и постоянного трения скольжения, создаваемого противоположной шестерней, может привести к преждевременному износу. Используя систему ролик-шестерня, в которой используется качение, а не скольжение, ожидаемый срок службы можно увеличить на 300% и более.

Поворотную версию системы ролик-шестерня также можно использовать для выполнения многоосного позиционирования. Здесь несколько шестерен (все движутся независимо) прикреплены к одной шестерне. Эта конструкция занимает меньше места, чем двухшестеренные приводы, которые иногда используются в этих приложениях.