공압 실린더 설계가 실제로 결정하는 것
공압 실린더를 주문하는 기계 제작업체는 일반적으로 하나의 숫자, 즉 실린더가 움직여야 하는 부하의 질량으로 시작합니다. 그러나 실린더 설계 자체(보어, 구성 제품군, 마운팅, 쿠션 및 밀봉 시스템)에 따라 해당 하중이 천만 주기 동안 안정적으로 움직일지 아니면 첫 해 내에 실패할지 여부가 결정됩니다. 좋은 공압 실린더 설계는 단일 공식이 아닙니다. 이는 모두 애플리케이션과 일관성을 유지해야 하는 일련의 결정입니다.
직접적인 대답: 공압 실린더 설계는 보어 직경, 스트로크 길이, 구조 유형, 장착, 쿠션 및 씰 재료를 부하, 사용 가능한 공기 압력, 필요한 사이클 시간 및 작업 환경에 체계적으로 일치시키는 것입니다. 이 6가지 값이 애플리케이션과 일치하면 힘 차트, 액세서리 목록, 센서 배치 등 다른 모든 것이 세부 작업이 됩니다.
이는 동일한 설계 논리입니다. CKT 공압 당사가 자체적으로 제조하고 테스트하는 모든 실린더 시리즈에 적용됩니다. 아래 지침은 엔지니어링 관점에서 실제 설계도에서 중요한 숫자와 장단점을 고려하여 작성되었습니다.
하중부터 시작: 보어 크기 및 힘 계산
모든 실린더 설계는 힘 요구 사항에서 시작됩니다. 복동식 실린더는 압축 공기를 피스톤 영역에 적용하여 힘을 생성하므로 이론적 힘은 간단합니다. F = P × A. 여기서 P는 파스칼 단위의 게이지 압력이고 A는 평방 미터 단위의 유효 피스톤 영역입니다. 확장 스트로크의 경우 A = (π/4) × D²입니다.
숫자를 고정하는 실제 사례
0.6MPa로 공급되는 63mm 보어 실린더를 생각해 보십시오. 피스톤 면적은 (π/4) × (0.063m)² = 0.00312m²입니다. 600,000 Pa를 곱하면 다음과 같습니다. 이론적 확장력 1,870N . 씰, 로드 패킹 및 회로 압력 손실은 에너지를 흡수하므로 실제 힘은 일반적으로 이론값의 75~90%이므로 설계자는 지속적인 작동을 위해 대략 1,400~1,680N에 의존할 수 있습니다. Power & Motion의 "공압 실린더 설계 요소" 지침의 힘 차트와 업계 전반에서 사용되는 선택 데이터에도 동일한 크기 순서가 나타납니다.
후퇴하는 힘은 확장하는 힘과 결코 동일하지 않습니다.
리턴 스트로크에서는 로드가 보어의 일부를 차지하므로 유효 면적이 더 작습니다. 20mm 로드가 있는 63mm 보어의 후퇴 면적은 (π/4) × (0.063² − 0.020²) = 0.00281m²이며, 0.6MPa에서는 1,685N만 생성됩니다. 리턴 스트로크가 더 무거운 하중을 전달하는 경우 로드 조정 영역을 사용하여 후퇴 케이스에서 보어 크기를 조정합니다. 이는 느린 리턴 속도와 조기 로드 씰 마모로 나타나는 일반적인 실수입니다.
| 내경(mm) | 피스톤 면적(cm²) | 0.4 MPa에서의 힘(N) | 0.6MPa에서의 힘(N) | 0.7 MPa에서의 힘(N) |
|---|---|---|---|---|
| 32 | 8.04 | 322 | 483 | 563 |
| 40 | 12.57 | 503 | 754 | 880 |
| 50 | 19.63 | 785 | 1178 | 1374 |
| 63 | 31.17 | 1247 | 1870 | 2182 |
| 80 | 50.27 | 2011 | 3016 | 3519 |
| 100 | 78.54 | 3142 | 4712 | 5498 |
이상적인 보어를 계산한 후 설계 여유를 추가합니다. 이론적 힘에 비해 1.25-1.5의 안전 계수는 동적 응용 분야의 표준입니다. ; 마진은 실제 기계에 나타나는 압력 변동, 씰 마모 및 속도 효과를 흡수합니다.
작업에 적합한 건설 제품군 선택
실린더의 구조(튜브, 엔드 캡 및 로드가 함께 고정되는 방식)에 따라 커버할 수 있는 보어 범위, 수리 용이성, 허용할 수 있는 측면 하중의 정도가 결정됩니다. 내부 부품의 실제적인 모습을 보려면, 공압 실린더의 해부학적 구조를 자세히 살펴보세요 튜브, 캡, 헤드, 피스톤 및 씰의 역할을 설명합니다. 산업 디자인을 지배하는 세 가지 계열은 각각 뚜렷한 논리를 가지고 있습니다.
타이로드 실린더: 산업용 기본값
타이로드 실린더는 몸체 전체 길이에 걸쳐 있는 긴 볼트로 엔드 캡을 고정합니다. 가장 넓은 보어 범위(일반적으로 32~320mm)를 포괄하고 씰 교체를 위해 분해할 수 있으며 가장 높은 추력 하중을 견딜 수 있습니다. SC 시리즈 타이로드 실린더 이 구성을 따르면 장착이 쉽고 수리가 쉽고 ISO 액세서리와 일치하기가 간단하기 때문에 우리 카탈로그에서 가장 구체적인 제품군으로 남아 있습니다.
SC 시리즈(타이로드형) 표준 실린더 공급업체, OEM/ODM 공장 - Zhejiang CKT 공압 is a China wholesale SC Series (Tie Rod Type) Standard Cylinder suppliers and OEM/ODM factory, 1. The piston seal adopts a ... 제품보기 → 원형 실린더: 콤팩트하고 비용에 민감한 제품
일반적으로 보어가 8~25mm인 원형 실린더는 나사형 엔드 캡이 있는 드로우 또는 롤링 튜브를 사용합니다. 가볍고 저렴하며 소형 기계의 짧은 스트로크 이동에 이상적입니다. 트레이드오프는 측면 부하 용량이 낮고 조정 가능한 쿠션이 거의 또는 전혀 없기 때문에 깨끗한 축 모션 작업을 위해 예약되어야 합니다.
프로파일 실린더: 센서가 많은 최신 기계용으로 제작됨
프로파일 실린더는 공기 포트와 센서 슬롯이 통합된 압출 알루미늄 본체를 사용합니다. 주요 설계 장점은 통합입니다. 자기 스위치가 슬롯에 고정되고, 밸브가 본체에 직접 고정될 수 있으며, 평평한 표면으로 인해 원형 튜브보다 기계 장착이 훨씬 더 깔끔해집니다. 이는 센서, 매니폴드 및 보호 장치가 모두 액추에이터 자체에 부착되는 현대 조립 및 포장 라인의 기본값입니다.
스트로크 길이, 속도 및 사이클 시간
정확한 이동이 아닌 여백으로 스트로크를 설정하십시오.
공칭 스트로크는 필요한 이동 거리에 양쪽 끝의 여유(일반적으로 끝당 5~10mm)를 더한 값과 같아야 합니다. 수직 적용에서는 쿠션이나 범퍼의 전체 압축도 추가합니다. 매 스트로크가 끝날 때마다 피스톤이 엔드 캡에서 바닥에 닿으면 실린더는 카탈로그 수명보다 훨씬 빨리 마모됩니다. 10mm가 너무 짧은 스트로크는 천만 주기 설계를 200,000주기 수리 항목으로 바꿀 수 있습니다.
속도는 실린더에만 의존하는 것이 아니라 전체 회로에 따라 달라집니다.
실린더 속도는 보어, 밸브 유량 계수, 포트 크기 및 공급 라인에 의해 함께 설정됩니다. 균형이 잘 잡힌 회로는 대략 0.1~0.6m/s의 속도로 표준 실린더를 작동합니다. Fluid Power World의 설계자 가이드에 언급된 대로 U컵 밀봉 피스톤은 과도한 마찰이나 윤활 문제 없이 20인치/초(약 0.5m/초) 이상의 속도로 작동할 것으로 예상할 수 있습니다. 목표가 1m/s 이상이면 밸브 크기를 늘리고 실린더와 함께 포팅을 재설계해야 합니다. 실린더만으로는 속도를 낼 수 없습니다.
사이클 시간은 간단한 절차로 추정됩니다.
- 이동 거리를 정의하고 획 여백을 추가합니다.
- 확장 및 축소 방향의 평균 속도를 설정합니다.
- 스트로크를 속도로 나누어 방향당 시간을 계산합니다.
- 전체 사이클 시간을 얻으려면 체류 시간과 밸브 응답 시간을 추가하십시오.
구체적인 예로, 0.5m/s의 300mm 스트로크는 각 방향으로 0.6초가 걸립니다. 0.2초의 정지 시간에서 전체 확장-후퇴 주기는 약 1.4초이며 이는 대략 분당 43사이클에 해당합니다. 기계에 분당 60사이클이 필요한 경우 속도는 편도에서 약 0.6m/s로 올라가거나 스트로크가 줄어들어야 하며 두 가지 변경 사항 모두 밸브 크기, 쿠션 및 장착 강성에 영향을 미칩니다.
장착 스타일 및 정렬 불량으로 인한 비용
4개의 장착 제품군, 4개의 정렬 동작
- 풋 마운트 가장 간단하고 저렴하지만 하중이 가해지면 본체가 구부러질 수 있으므로 정렬은 전적으로 기계 프레임에 따라 달라집니다.
- 플랜지 마운트 (헤드 또는 후면)은 견고하며 실린더 본체가 움직여서는 안 되는 높은 추력 응용 분야에 적합합니다.
- 클레비스 마운트 실린더가 한 평면에서 흔들리도록 허용합니다. 이는 로드가 연결 장치를 통해 호를 따라 이동할 때 필수적입니다.
- 트러니언 마운트 (중앙 또는 후면)은 본체를 양쪽에서 지지하며 제어된 피벗이 필요한 무거운 실린더에 가장 적합한 선택입니다.
측면 하중은 실린더 설계가 실패하는 가장 일반적인 이유입니다.
추력선이 로드 중심선을 따르지 않으면 로드와 전면 베어링이 굽힘 모멘트를 흡수해야 합니다. 정격 추력의 단지 몇 퍼센트에 해당하는 측면 힘이라도 베어링 및 씰 수명을 상당히 단축시킵니다. 이것이 Machine Design의 선택 지침과 Power & Motion의 실린더 설계 요소 모두 실린더 추력을 피스톤 로드의 중심선에 최대한 가깝게 유지해야 한다고 주장하는 이유입니다.
형상이 오프셋을 강요하는 경우 정답은 단순히 더 큰 표준 실린더를 선택하는 것이 아니라 다축 실린더, 슬라이드 실린더 또는 가이드 로드가 있는 소형 실린더와 같은 가이드 설계입니다. 보어가 클수록 더 많은 힘이 생성되지만 굽힘 모멘트를 수정하는 데는 아무런 영향을 미치지 않습니다.
좁은 공간을 위한 컴팩트한 실린더 디자인
기계 엔벨로프가 고정된 경우 소형 실린더가 표준 답입니다. 풀 사이즈 실린더와 동일한 힘 논리를 따르지만 일반적으로 ISO 21287에 따라 제작된 짧은 본체 내부에 피스톤과 로드를 패키지합니다. 주요 설계 절충안은 스트로크입니다. 매우 짧은 본체는 추가 베어링 지원 없이는 긴 로드를 안내할 수 없으므로 대부분의 소형 설계는 대략 100-150mm 미만의 스트로크에서 가장 잘 작동합니다.
소형 실린더가 공간을 확보하는 곳
클램핑, 인덱싱, 공급 및 부품 배출은 모두 짧은 행정, 높은 주기의 작업입니다. 타이로드 실린더를 컴팩트한 본체로 교체하면 축당 30~50mm를 절약할 수 있습니다. 6개 또는 8개의 축이 있는 기계에서 저장하면 전체 프레임과 보호 레이아웃이 변경됩니다. 컴팩트한 본체는 이동 질량도 줄여 스트로크 끝에서 운동 에너지를 낮추고 동일한 밸브로 더 빠른 사이클링을 가능하게 합니다.
가이드 기능을 강제 기능과 별도로 유지하십시오.
컴팩트한 본체는 제한된 로드 지지력을 제공하므로 컴팩트한 실린더가 굽힘 모멘트를 흡수할 것이라고는 결코 기대하지 마십시오. 순수한 축 운동의 경우 평범하고 컴팩트한 본체가 완벽하게 적합합니다. CQ2 시리즈 소형 박형 실린더 클램핑 및 미는 작업을 잘 처리합니다. 설계에서 축 이탈 또는 모멘트 하중이 발생할 때마다 가이드 로드가 있는 CQM과 같은 가이드 버전이나 자체 선형 가이드가 있는 슬라이드 실린더 제품군으로 이동하세요.
CQ2 시리즈 얇은 실린더 공급자, OEM/ODM 공장 - Zhejiang CKT Pneumatic Co. CKT 공압 is a China wholesale CQ2 Series Thin Cylinder suppliers and OEM/ODM factory, 1. The magnetic switch does not protrude: prev... 제품보기 → 롱 스트로크용 로드리스 실린더 설계
로드리스 실린더는 기계에서 로드가 튀어나오지 않고 긴 스트로크에 걸쳐 부하를 이동시키는 고전적인 설계 문제를 해결합니다. 캐리지가 피스톤과 함께 이동하기 때문에 설치 길이는 동일한 스트로크의 로드형 실린더 길이의 약 절반입니다. 두 가지 설계 제품군이 존재하며 둘 중 하나를 선택하는 것은 진정한 엔지니어링 균형입니다.
자기 결합형 로드리스 실린더
자석 설계에서는 강력한 자석이 장착된 피스톤이 튜브 벽을 통해 외부 캐리지를 끌어당깁니다. 기계적 슬롯이 없기 때문에 디자인이 깨끗하고 경제적이지만, 캐리지가 충격 하중을 받거나 무거운 수직 질량을 다룰 때 커플링이 미끄러질 수 있습니다. 이 실린더는 일반적으로 최대 2~3미터의 스트로크로 가벼운 핸들링 및 픽 앤 플레이스 작업에 적합합니다.
기계적으로 연결된 로드리스 실린더
기계적으로 연결된 실린더는 스테인리스 스틸 밴드로 밀봉된 슬롯을 통해 피스톤을 캐리지에 직접 연결합니다. 이는 양방향으로 더 큰 힘을 전달하고 미끄러지지 않습니다. 이는 수직 이동에 필수적입니다. MY1B 메카니컬 조인트 로드리스 실린더 더 무거운 탑재량으로 반복 가능한 위치 지정이 필요한 설계자를 위한 이 제품군의 대표적인 예입니다.
MY1B 시리즈 메카니컬 조인트 로드리스 실린더(기본형) 공급업체, OEM/ODM Fa CKT 공압 is a China wholesale MY1B Series Mechanical Joint Rodless Cylinder (Basic Type) suppliers and OEM/ODM factory, MY1B Series ... 제품보기 → | 디자인 특징 | 자기 결합 | 기계적인 합동 |
|---|---|---|
| 부하 용량 | 낮음 ~ 중간 | 중간에서 높음 |
| 일반적인 스트로크 범위 | 100~3000mm | 100~5000mm |
| 충격 부하 시 미끄러짐 위험 | 예 | 아니요 |
| 씰링 및 먼지 거동 | 깨끗하고 누출이 적음 | 스틸밴드 와이퍼 필요 |
| 상대 비용 | 낮은 | 더 높음 |
쿠셔닝: 스트로크 끝 충격 설계
스트로크의 끝은 대부분의 기계적 마모가 발생하는 곳입니다. 엔드 캡에서 피스톤은 운동 에너지 E = 0.5 × m × v²를 소산해야 합니다. 0.5m/s의 속도로 움직이는 50kg의 마차가 운반합니다. 6.25 줄의 운동 에너지 ; 쿠션이 없으면 해당 에너지는 캡과 씰에 의해 밀리초 안에 흡수됩니다.
| 쿠셔닝 타입 | 에너지 흡수 | 일반적인 사용 |
|---|---|---|
| 고정식 고무 또는 폴리우레탄 범퍼 | 낮음 | 경부하, 저속 |
| 조정 가능한 공압 쿠션 | 중간 | 0.1–0.6 m/s의 표준 자동화 |
| 쿠션 플러스 속도 제어 밸브 | 중간-high | 정확한 위치 지정 및 수직 하중 |
| 외부 유압 완충기 | 높음 | 높음 speed, high mass, high cycle rates |
실제 규칙: 가벼운 하중에서 0.1m/s 미만이면 고무 또는 폴리우레탄 범퍼로 충분합니다. 적당한 하중에서 0.1 ~ 0.5m/s, 조정 가능한 공압 쿠션이 표준입니다. 더 빠른 속도나 무거운 하중을 받는 경우에는 외부 유압식 충격 흡수 장치를 장착하십시오. 쿠셔닝을 실제 운동 에너지에 맞추는 것은 나중에 고려하는 것이 아니라 실린더 설계의 일부입니다.
씰, 온도 및 공기 품질
씰 재질이 작동 창을 정의합니다.
표준 실린더는 일반적으로 −20 °C ~ 80 °C 등급의 NBR 씰을 사용합니다. FKM(Viton) 씰은 상한을 약 200°C까지 확장하며 이는 건조 라인 및 용광로 도어 응용 분야에서 중요합니다. 폴리우레탄 와이퍼는 먼지가 많은 환경에서 흔히 사용되는 추가 제품입니다. 씰 설계도 속도에 영향을 미칩니다. U 컵 씰은 저속에서 확실한 씰링을 제공하는 반면, 동적 O-링은 마찰이 적기 때문에 고속 사이클링에 선호됩니다.
더러운 공기는 무엇보다 실린더 수명을 단축시킵니다.
대부분의 실린더 마모는 오염된 압축 공기로 인해 시작됩니다. 물, 잔여 압축기 오일 및 미세 입자가 튜브에 흠집을 내고 로드 씰을 파괴합니다. 모듈형 F.R.L 설치 5μm 필터와 사용 시점의 적절한 수분 분리 기능을 갖춘 장치는 실린더 브랜드를 바꾸는 것보다 실린더 사용 수명에 더 많은 도움이 됩니다. 압력, 흐름 및 밀봉은 공기 준비 장치에서 시작하여 배기구에서 끝나는 하나의 시스템으로 처리되어야 합니다.
공압 실린더 설계를 결정하는 표준
디자인은 또한 호환성에 관한 것입니다. 전 세계적으로 판매되는 거의 모든 공압 실린더는 세 가지 ISO 치수 표준 중 하나를 따르며 구성 제품군은 일반적으로 표준에 따라 결정됩니다. 아래 보어 범위는 Tameson 공압 실린더 개요 및 동등한 소스의 참조 지침에 사용된 일반적인 업계 해석을 반영합니다.
| ISO 표준 | 일반적인 보어 범위 | 전형적인 건축 |
|---|---|---|
| ISO 6432 | 8~25mm | 둥근 몸체 |
| ISO 15552(이전 VDMA 24562) | 32~320mm | 타이로드 또는 프로파일 본체 |
| ISO 21287 | 20~100mm | 컴팩트하거나 얇은 본체 |
ISO 규격 실린더를 소싱한다는 것은 다른 브랜드의 교체 장치가 일반적으로 기계를 다시 그리지 않고도 동일한 마운트에 떨어지게 된다는 것을 의미합니다. 이와 대조적으로 비표준 스트로크 또는 맞춤형 로드 길이는 일반적으로 리드 타임이 길고 가격이 높음을 의미하므로 설계를 확정하기 전에 카탈로그 스트로크 범위를 확인하십시오. 와 20년 이상의 공압 부품 제조 경험 , 우리는 고객이 마운팅을 다시 엔지니어링하지 않고도 공급업체를 변경할 수 있도록 이러한 규칙에 따라 표준 및 얇은 실린더 범위를 구축합니다.
공압 실린더 설계를 위한 사전 주문 체크리스트
실린더 모델을 수정하기 전에 이 체크리스트를 실행해 보세요. 각 항목은 설계 입력이며, 하나를 건너뛰는 것은 일반적으로 현장 실패 또는 비용이 많이 드는 변경 주문으로 나타납니다.
- 축방향 하중 연장 및 후퇴의 경우 안전계수 1.25-1.5를 추가합니다.
- 공급압력 압축기뿐만 아니라 실린더 포트에서도 사용할 수 있습니다.
- 스트로크 길이 여행에 최종 마진을 더한 것과 동일합니다.
- 속도 및 사이클 시간 , 밸브 Cv와 포트 크기를 하나의 회로로 확인합니다.
- 장착 제품군 추력 방향과 기계 형상에 따라 선택되었습니다.
- 측면 하중 제거되거나 가이드 실린더 설계로 전환되었습니다.
- 쿠셔닝 스트로크 끝의 운동 에너지와 일치합니다.
- 환경 : 온도 범위, 습도, 세척 또는 먼지 노출.
- 위치 감지 : 자기 스위치가 있는 자기 피스톤 또는 외부 선형 센서.
- 유지 관리 계획 : 재구성 가능한 타이로드 또는 교체 가능한 카트리지 실린더.
공압 실린더 설계에 대해 자주 묻는 질문
공압 실린더가 생성할 수 있는 힘을 어떻게 계산합니까?
F = P × A를 사용합니다. 여기서 A는 유효 피스톤 면적입니다. 0.6MPa에서 63mm 보어의 경우 이론적인 확장 힘은 1,870N입니다. 실제로 씰 마찰을 설명하기 위해 75~90%의 효율을 적용한 다음 동적 하중에 대해 1.25~1.5의 안전 계수를 적용합니다.
500kg 하중에 필요한 보어 크기는 얼마입니까?
약 4,900N을 발휘하는 500kg 하중에는 80% 효율이 가정되면 0.6MPa에서 약 6,125N의 이론적 힘이 필요합니다. 100mm 보어는 4,712N을 제공하는데 이는 충분하지 않습니다. 125mm 보어는 7,363N을 제공하며 이는 충분합니다. 로드가 유효 면적을 감소시키므로 후퇴 스트로크도 항상 확인하십시오.
긴 스트로크에 가장 적합한 실린더 설계는 무엇입니까?
로드리스 실린더는 설치 길이가 로드형 실린더의 약 절반이기 때문에 약 500mm 이상의 스트로크에 가장 적합합니다. 가볍고 깔끔한 취급을 위해서는 자기 결합 설계를 사용하고, 미끄러짐이 허용되지 않는 무거운 하중이나 수직 이동을 위해서는 기계적으로 결합된 설계를 사용하십시오.
힘이 정확함에도 불구하고 측면 하중으로 인해 실린더가 작동하지 않는 이유는 무엇입니까?
측면 하중은 로드와 전면 베어링에 어떤 축방향 힘으로도 보상할 수 없는 굽힘 모멘트를 생성하기 때문입니다. 정격 추력의 몇 퍼센트만 측면 힘을 가해도 베어링 및 씰 수명이 단축됩니다. 해결 방법은 추력을 로드 중심선에 맞춰 유지하거나 가이드 실린더 설계를 사용하는 것입니다.
표준 공압 실린더가 중간 스트로크에서 부하를 견딜 수 있습니까?
아니요. 압축 공기는 압축 가능하므로 표준 복동 실린더는 다양한 하중에서 고정 위치를 유지할 수 없습니다. 중간 스트로크 유지가 필요한 경우 기계식 로드 잠금 장치, 잠금 실린더 또는 외부 브레이크를 사용하십시오.
단동식과 복동식 실린더 설계의 차이점은 무엇입니까?
단동 실린더는 공기를 사용하여 한 방향으로 움직이고 스프링을 사용하여 복귀하므로 회로가 단순화되지만 스트로크가 제한되고 복귀 시 스프링 에너지가 소모됩니다. 복동식 실린더는 양방향으로 공기를 사용하여 양방향으로 힘, 속도 및 쿠션을 완벽하게 제어할 수 있습니다. 이는 대부분의 자동화에 대한 표준 선택입니다.
