정말 에어 실린더 실제로 생산 라인에서 수행되는 작업
공기 실린더는 압축 공기 압력을 선형 기계적 힘으로 변환하며, 이를 선택하는 사람에 대한 간단한 대답은 다음과 같습니다. 보어 크기는 힘 출력을 결정하고, 스트로크 길이는 이동 거리를 결정하며, 로드 설계는 측면 하중에 따른 하중 지지 능력을 결정합니다. . 32mm 보어의 6bar(87psi) 작업장 공기에서 작동하는 표준 공압 액추에이터 실린더는 푸시 스트로크에 약 482뉴턴의 힘을 생성합니다. 이는 포장 및 조립 장비에서 볼 수 있는 대부분의 클램핑, 리프팅 및 프레싱 작업을 구동하는 데 충분합니다. 프로세스에 보어 크기를 늘리지 않고 더 많은 힘이 필요한 경우 유일한 실용적인 경로는 라인 압력을 높이거나(실린더의 정격 한계 내, 일반적으로 표준 장치의 경우 10bar) 하나의 로드에 두 개의 피스톤을 쌓는 직렬 실린더 설계로 전환하는 것입니다.
액추에이터 실린더는 두 가지 광범위한 기계적 제품군으로 분류됩니다. 즉, 공기 압력을 사용하여 한 방향으로 이동하고 스프링을 사용하여 복귀하는 단동 실린더와 확장 및 수축에 공기 압력을 사용하는 복동 실린더입니다. Festo 및 SMC 카탈로그의 부품 유통업체 데이터에 따르면 복동식 설계는 산업용 공압 실린더 설치의 약 75%를 차지합니다. 이는 양방향으로 제어된 힘과 속도를 제공하고 매 사이클마다 리턴 스프링을 압축하는 데 에너지를 낭비하지 않기 때문입니다.
실린더 힘 계산: 중요한 숫자
공압 실린더의 힘 공식은 간단합니다. 힘(N) = 압력(bar) x 면적(cm²) x 10 . 피스톤 면적은 표준 원 면적 공식인 π 곱하기 반경 제곱을 사용하여 보어 직경으로부터 계산됩니다. 로드 측(후퇴) 스트로크의 경우 전체 피스톤 면적에서 로드의 단면적을 빼야 합니다. 따라서 후퇴력은 항상 복동 실린더의 확장력보다 낮으며 로드 직경에 따라 10%~15% 정도 더 낮습니다.
| 보어 직경 | 피스톤 영역 | 6Bar에서의 힘 | 일반적인 응용 |
|---|---|---|---|
| 16mm | 2.01cm² | 120N | 소형 부품 배출, 게이팅 |
| 25mm | 4.91cm² | 295N | 가벼운 클램핑 장치 |
| 32mm | 8.04cm² | 482N | 컨베이어 정지, 푸시 플레이트 |
| 50mm | 19.63cm² | 1178N | 압입, 판금 성형 |
| 80mm | 50.27cm² | 3016N | 무거운 클램핑, 다이캐스팅 툴링 |
이 공식의 이론적 힘은 마찰 손실 이전에 사용 가능한 최대 출력을 나타낸다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 실제 전달되는 힘은 씰 마찰로 인해 약 5% ~ 10% 더 낮습니다. 특히 윤활 유지 관리 없이 장기간 작동한 실린더의 경우 더욱 그렇습니다.
실린더 본체 스타일 및 각 스타일이 맞는 시기
에어 실린더는 여러 본체 구성으로 제조되며, 잘못된 스타일을 선택하는 것은 자동화 장비의 조기 마모의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.
원형 몸체(ISO 6432) 실린더
이는 주어진 보어 크기에 대해 가장 컴팩트한 옵션이며 클레비스 또는 플랜지 브래킷을 사용하여 단단한 기계 프레임에 쉽게 장착됩니다. 이 제품은 일반적으로 8mm~25mm의 보어 크기에서 발견되며 픽 앤 플레이스 암, 소형 이젝터 메커니즘 및 작동 축을 따라 공간이 제한된 게이팅 응용 분야에 선호됩니다.
프로파일 본체(ISO 15552) 실린더
네 측면 모두에 통합 장착 슬롯이 있는 정사각형 또는 직사각형 단면 본체. 평평한 표면과 T 슬롯 홈을 통해 설계자는 추가 고정 장치 없이 센서, 브래킷 및 가이드 레일을 실린더 본체에 직접 볼트로 고정할 수 있습니다. 이 스타일은 32mm~125mm 보어 범위에서 주로 사용되며 일반 산업 자동화를 위한 기본 선택입니다.
가이드(슬라이드) 실린더
이는 표준 실린더와 내장형 선형 가이드 로드(일반적으로 메인 로드와 평행하게 움직이는 두 개의 경화 강철 샤프트)를 결합합니다. 가이드 로드는 표준 실린더 로드와 씰이 구부러지거나 마모될 수 있는 측면 하중과 토크를 흡수합니다. 푸셔 암 또는 회전 그리퍼와 같이 로드 중심선에서 중심을 벗어나 하중이 가해지는 모든 응용 분야에는 표준 로드 실린더가 아닌 가이드 실린더를 사용해야 합니다. , 측면 하중이 조기 로드 씰 파손의 가장 큰 원인이기 때문입니다.
콤팩트 실린더
다중 스테이션 회전 테이블과 같이 축 공간이 중요한 클램핑 작업을 위해 설계된 짧은 스트로크, 평면 프로파일 장치입니다. 스트로크 길이가 50mm를 초과하는 경우는 거의 없지만 평평한 장착면과 줄어든 전체 길이로 인해 표준 실린더가 맞지 않는 설치에 이상적입니다.
장착 스타일과 기계적 장단점
선택한 장착 스타일은 설치뿐만 아니라 작동 중 실린더 본체와 로드가 경험하는 굽힘 응력에도 영향을 미칩니다.
- 발 장착 : 실린더 본체 바닥을 따라 볼트로 고정되어 단순하고 견고하지만 본체 튜브의 굽힘 모멘트를 방지하려면 하중 경로가 완벽하게 정렬되어야 합니다.
- 플랜지 장착 : 캡 또는 헤드 끝 부분에 볼트로 고정되어 있으며 축방향 밀기/당기기 용도에 매우 견고하며 프레스 및 스탬핑 장비에서 일반적입니다.
- 트러니언 장착 : 피벗 포인트를 사용하면 실린더가 확장되면서 흔들릴 수 있으며 직선으로 이동하는 대신 원호를 통해 회전하는 클램프 암 및 리프트 메커니즘에 필수적입니다.
- 클레비스 장착 : 실린더 후면의 핀 앤 포크 연결로, 로드 끝 부분의 클레비스와 자주 쌍을 이루어 스트로크 중에 전체 실린더가 회전할 수 있습니다.
트러니언 및 클레비스 마운트는 작동 경로가 직선이 아닌 경우 사용해야 하는 유일한 선택입니다. 왜냐하면 회전 하중의 견고한 마운트는 피스톤 로드를 빠르게 구부리기 때문입니다.
공기 소비량: 압축기 크기 조정
기존 공압 시스템에 실린더를 추가할 때 간과되는 요소 중 하나는 총 공기 수요입니다. 실린더의 각 사이클은 피스톤 면적에 행정 길이를 곱한 것과 동일한 양의 압축 공기를 소비합니다. 두 챔버가 각 사이클을 채우고 배기하기 때문에 복동 실린더의 경우 두 배가 됩니다.
예를 들어, 스트로크가 200mm인 50mm 보어 실린더의 확장 측 피스톤 부피는 약 393cm3입니다. 로드 측 부피(로드 변위로 인해 약간 적음, 370cm3라고 함)를 추가하면 한 번의 전체 사이클은 대기압에서 약 763cm3의 자유 공기에 압축비를 곱하여 소비합니다. 6bar(절대 7bar)에서는 사이클당 약 5.3리터의 자유 공기가 필요합니다. 이 실린더를 분당 20사이클로 작동하는 기계는 해당 액추에이터 하나에 대해서만 분당 약 106리터의 자유 공기를 소비합니다. , 이는 12개 이상의 실린더가 있는 기계에 곱해지면 의미 있는 부하입니다.
| 보어 크기 | 스트로크 100mm | 스트로크 200mm | 스트로크 300mm |
|---|---|---|---|
| 25mm | 26L/분 | 52L/분 | 78L/분 |
| 32mm | 42L/분 | 84L/분 | 127L/분 |
| 50mm | 53L/분 | 106L/분 | 159L/분 |
| 80mm | 135L/분 | 271L/분 | 406L/분 |
공장에서는 사이클 속도를 고려하지 않고 실린더 보어만을 기준으로 계산하기 때문에 새로운 자동화 셀을 추가할 때 일반적으로 압축기 크기를 과소평가합니다. 전체 수요에 비해 크기가 작은 압축기는 피크 사이클링 중에 라인 압력을 저하시켜 시스템에 있는 모든 실린더의 출력을 동시에 직접 감소시키며, 때로는 기술자가 실제 원인이 업스트림에 있을 때 작동기 고장으로 증상을 오진하는 경우도 있습니다.
스트로크 말단 쿠셔닝과 이것이 서비스 수명을 연장하는 이유
각 스트로크가 끝날 때 어떤 형태의 쿠션이 존재하지 않는 한 피스톤은 엔드 캡에 부딪혀 감속됩니다. 쿠션이 없는 표준 실린더는 충격력으로 인해 피스톤, 엔드 캡 및 장착 하드웨어가 손상되기 전에 일반적으로 초당 0.3미터 미만의 상대적으로 낮은 피스톤 속도로 제한됩니다.
조정 가능한 쿠셔닝은 니들 밸브를 사용하여 최종 10~15mm 이동에서 배기 공기의 속도를 조절하여 피스톤이 엔드 캡에 닿기 전에 속도를 늦춥니다. 쿠션이 없는 정지로 인한 반복적인 기계적 충격은 씰 마모, 패스너 풀림 및 알루미늄 바디 실린더의 엔드 캡 주조에 대한 최종 균열의 주요 원인이기 때문에 이 단일 기능은 실린더 서비스 수명을 크게 연장할 수 있습니다.
0.5m/s 이상으로 작동하는 응용 분야 또는 몇 킬로그램 이상의 부하 질량을 운반하는 실린더의 경우, 조정 가능한 에어 쿠셔닝은 선택적인 업그레이드가 아닌 표준 요구 사항으로 간주되어야 합니다. . 고무 범퍼는 공기 스로틀링이 아닌 탄성 변형을 통해 충격을 흡수하여 더 가벼운 하중과 더 낮은 속도에 대한 저렴한 대안을 제공하지만 마모되고 정기적인 교체가 필요합니다.
다양한 작동 환경을 위한 재료 선택
액추에이터 실린더의 본체, 로드 및 씰 재질은 깨끗하고 건조하며 온도가 조절되는 공장 바닥 외부에서 얼마나 잘 견디는지 결정합니다.
표준 알루미늄 바디 실린더
양극 처리된 알루미늄은 일반 실내 사용의 기본값입니다. 가볍고, 일반적인 습도로 인한 표면 부식을 방지하며, 우수한 밀봉을 유지하는 데 필요한 정밀 보어를 쉽게 가공할 수 있습니다. 추가 코팅 없이 부식성 세척 화학물질이 있거나 지속적으로 바닷물에 노출되는 환경에는 적합하지 않습니다.
스테인레스 스틸 실린더
염소 처리된 세척제로 세척하거나 염분 공기에 노출되는 것이 일상적인 식품 가공, 제약 및 해양 응용 분야에 사용됩니다. 스테인레스 실린더는 동급의 알루미늄 장치 가격보다 일반적으로 1.5~2.5배 더 비싸지만 이러한 환경에서 자주 교체해야 하는 공식 부식을 방지합니다.
씰 컴파운드
니트릴(NBR) 씰은 -20°C ~ 80°C 온도의 일반 항공 서비스에 대한 표준입니다. 오븐이나 용접 스테이션 근처의 고온 응용 분야의 경우 탄화플루오르(FKM/Viton) 씰은 사용 가능한 범위를 최대 약 150°C까지 확장하지만 비용은 훨씬 더 비쌉니다. 식품 등급 및 제약 기계의 경우 FDA 준수 씰 컴파운드가 필요하며 표준 씰이 위생 처리 요구 사항을 충족하지 못할 수 있으므로 주문 시 명시적으로 지정해야 합니다.
일반적인 실패 증상 및 근본 원인
현장 기술자는 액추에이터 실린더에서 동일한 소수의 오류 패턴을 반복적으로 접하게 되며 이를 신속하게 인식하면 가동 중지 시간이 크게 절약됩니다.
| 증상 | 가능한 원인 | 시정 조치 |
|---|---|---|
| 느리거나 느린 스트로크 | 소형 튜브, 제한적인 피팅 또는 낮은 라인 압력 | 실린더 포트의 공급 압력을 확인하고 튜브 직경을 늘립니다. |
| 로드 엔드에서 공기 누출 | 측면 하중이나 오염으로 인해 로드 씰이 마모됨 | 씰 키트 교체, 로드 스코어링 및 측면 부하 소스 검사 |
| 공기가 꺼지면 실린더가 표류합니다. | 챔버 간 공기 이동을 허용하는 내부 피스톤 씰 바이패스 | 피스톤 씰 교체, 보어 스코어링 검사 |
| 스트로크가 끝나면 큰 소리가 납니다. | 쿠션이 없거나 마모됨, 과도한 속도 | 쿠션 니들 밸브를 조정하거나 배기에 흐름 제어를 추가하세요. |
| 구부러진 피스톤 로드 | 정격 한계를 초과하는 측면 하중, 정렬 불량 | 가이드 실린더로 교체하거나 기계적 정렬을 수정하세요. |
대부분의 조기 실린더 고장은 두 가지 근본 원인으로 거슬러 올라갑니다. 즉, 잘못 정렬된 장착으로 인한 로드의 측면 하중과 습기나 미립자를 씰로 운반하는 오염된 공기 공급입니다. 각 액추에이터의 업스트림에 적절하게 유지 관리된 필터-조절기-윤활 장치(FRL) 장치는 두 번째 원인을 직접적으로 해결하고, 예방적 유지 관리 중 정기적인 정렬 점검을 통해 첫 번째 원인을 해결합니다.
새로운 액추에이터 실린더 지정을 위한 실제 체크리스트
기계 설계 또는 개조를 위해 새로운 공압식 액츄에이터 실린더를 지정할 때 가장 일반적인 사양 실수를 피하기 위해 다음 사항을 준수하십시오.
- 최대 수요 동안 압력이 저하될 수 있으므로 공칭 압력이 아닌 예상 최저 라인 압력에서 필요한 힘을 계산하십시오.
- 계산된 최소 힘 요구사항보다 최소 25% 이상 안전 여유가 있는 보어 크기를 선택하십시오.
- 스트로크 길이가 전체 기계적 이동 거리와 각 끝의 완충 거리를 고려하는지 확인합니다.
- 스트로크 중에 로드에 측면 하중이나 토크가 가해지는 경우 가이드 실린더를 선택하십시오.
- 씰 재료와 본체 재료를 온도, 습기, 화학물질 노출 등 주변 환경에 맞게 조정하십시오.
- 예상되는 피스톤 속도와 부하 질량을 기준으로 쿠션 유형을 지정합니다.
- 장착 스타일이 하중 경로(직선 대 회전 동작)와 일치하는지 확인하십시오.
- 새 실린더의 공기 소비량을 전체 시스템 요구량에 추가하고 압축기 용량을 확인하십시오.
카탈로그 부품 번호부터 시작하여 거꾸로 작업하는 대신 이 순서를 순서대로 따르는 것이 수년 동안 안정적으로 작동하는 액추에이터와 설치 후 몇 달 내에 반복 유지 관리 항목이 되는 액추에이터의 차이입니다.
