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 с 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 на больших расстояниях конструкция может оказаться дорогостоящей в изготовлении и установке. Также может быть реализована система с двумя шестернями (с двумя шестернями, предварительно нагруженными друг на друга), но она является дорогостоящей и обычно не допускает изменения зазора, который возникает на больших расстояниях.

Еще одним распространенным применением системы с двумя шестернями является размещение режущей головки в фрезерном 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.