에어 실린더 유형: 전체 가이드

에어 실린더의 종류는 무엇입니까?

에어 실린더 - 공압 실린더라고도 함 - 압축 공기 에너지를 기계적 선형 또는 회전 운동으로 변환합니다. 있다 6가지 기본 유형의 공기 실린더 단동 실린더, 복동 실린더, 텔레스코핑 실린더, 로드리스 실린더, 회전 실린더, 소형/가이드 실린더 등 산업, 자동차 및 제조 응용 분야 전반에 걸쳐 사용됩니다. 각 유형은 서로 다른 기계적 목적을 갖고 있으며, 잘못된 유형을 선택하면 조기 마모, 에너지 낭비 또는 완전한 시스템 오류가 발생할 수 있습니다.

이러한 범주를 이해하는 것은 단지 학술적인 것이 아닙니다. 전 세계 공압 실린더 시장의 가치는 대략 2023년에는 142억 달러 포장, 식품 가공, 자동차 조립 분야의 자동화 수요에 힘입어 2030년까지 꾸준히 성장할 것으로 예상됩니다. 올바른 실린더 선택은 주기 시간, 에너지 소비 및 유지 관리 간격에 직접적인 영향을 미칩니다.

단동형 에어 실린더

단동 실린더는 압축 공기를 사용하여 피스톤을 한 방향으로만 움직입니다. 복귀 스트로크는 내부 스프링이나 중력과 같은 외부 기계적 힘에 의해 수행됩니다. 이는 가장 간단하고 비용 효율적인 공압 실린더 중 하나입니다.

단동 실린더의 작동 원리

압축 공기는 단일 포트를 통해 유입되어 피스톤을 앞으로 밀어냅니다. 공기압이 해제되면 내부 스프링이 피스톤을 원래 위치로 밀어냅니다. 스프링이 작업의 절반을 수행하기 때문에 유효 출력력은 스프링 저항에 의해 감소됩니다. 일반적으로 10%와 20% 스프링 강성과 실린더 크기에 따라 다릅니다.

일반적인 응용

• 가공 중 공작물 클램핑 및 고정
• 리턴 스트로크에 힘이 필요하지 않은 스탬핑 및 펀칭 작업
• 중력이 복귀를 돕는 도어 및 게이트 액추에이터
• 브레이크 메커니즘 및 안전 잠금 장치
• 파종기, 파종 장치 등 농업 장비

단동 실린더는 공기가 작업 행정에서만 소비되기 때문에 공기 소비를 최소화해야 할 때 선호되는 선택입니다. 분당 50~100주기를 실행하는 고주기 응용 분야에서 이는 생산 교대 과정에서 의미 있는 압축 공기 절약으로 해석됩니다.

고려해야 할 제한 사항

단동 실린더의 스트로크 길이는 더 긴 스트로크에는 더 긴 스프링이 필요하여 보어 공간을 차지하고 사용 가능한 실린더 면적이 줄어들기 때문에 제한됩니다. 실제로 대부분의 제조업체는 스프링 리턴 실린더의 스트로크를 다음과 같이 제한합니다. 100mm(약 4인치) 또는 그 이하. 그 외에도 복동식 디자인이 더욱 실용적이 됩니다.

복동형 에어 실린더

복동 실린더는 산업 자동화 분야에서 가장 널리 사용되는 공압 실린더 유형입니다. 압축 공기를 사용하여 확장 및 후퇴 스트로크에 동력을 공급하므로 작업자가 양방향에서 힘과 속도를 완벽하게 제어할 수 있습니다.

구성 및 작동원리

복동 실린더에는 피스톤의 각 측면에 하나씩 두 개의 공기 포트가 있습니다. 공기가 캡 끝 포트로 들어가면 피스톤이 확장됩니다. 공기가 로드 엔드 포트로 유입되면 피스톤이 후퇴합니다. 방향 제어 밸브(보통 4/2 또는 5/2 솔레노이드 밸브)는 두 포트 사이의 공기 흐름을 교대로 전환합니다. 스프링이 들어가지 않아서 전체 보어 영역은 힘을 확장하는 데 기여합니다. , 이러한 실린더는 동일한 보어 직경의 단동 실린더보다 훨씬 더 강력합니다.

스트로크 간의 힘 계산 차이

한 가지 중요한 차이점은 확장력과 수축력이 동일하지 않다는 것입니다. 확장 스트로크에서 힘은 전체 보어 영역을 사용하여 계산됩니다. 후퇴 행정에서 피스톤 로드는 보어의 일부를 차지하므로 유효 면적(따라서 후퇴력)은 약간 적습니다. 50mm 보어와 6bar의 20mm 로드가 있는 실린더의 경우 확장되는 힘은 대략 다음과 같습니다. 1,178N 후퇴력이 대략적으로 떨어지는 동안 990N . 수축력이 중요한 설계에서는 이러한 비대칭성을 고려해야 합니다.

일반적인 사용 사례

• 조립 라인의 픽 앤 플레이스 자동화
• 컨베이어 전환기 및 분류 시스템
• 사출 성형기 클램프 및 이젝터
• 로봇 팔 끝 툴링
• 자동차 차체 용접 및 프레싱 설비

복동식 에어 실린더는 다음과 같은 보어 크기로 제공됩니다. 8mm ~ 320mm 이상 , 수 뉴턴에서 수십 킬로뉴턴까지의 힘 출력을 포괄합니다. 이러한 넓은 범위로 인해 거의 모든 산업 응용 분야에 적용할 수 있습니다.

텔레스코픽 에어 실린더

텔레스코핑 실린더는 긴 스트로크가 필요하지만 수축된(접힌) 길이는 짧게 유지되어야 하는 응용 분야용으로 설계되었습니다. 스테이지 또는 슬리브라고 불리는 여러 개의 중첩된 튜브를 사용하여 이를 달성합니다. 이 튜브는 다른 튜브 내부에서 순차적으로 확장됩니다.

싱글 액팅 대 더블 액팅 텔레스코핑 설계

텔레스코핑 실린더는 단동식과 복동식 구성으로 모두 제공됩니다. 단동식 버전은 더 간단하고 저렴하지만 수축을 위해 중력이나 부하 중량에 의존하므로 주로 수직 리프팅에 적합합니다. 복동 텔레스코핑 실린더는 동력에 따라 확장 및 축소가 가능하므로 수평 또는 역방향 장착이 가능합니다. 하지만 구조가 훨씬 더 복잡하고 비용도 훨씬 더 높습니다.

주요 애플리케이션

• 3~5단 실린더가 필요한 덤프 트럭 및 덤프 차체
• 가위 리프트 및 공중 작업 플랫폼
• 극장 무대 기계 및 엔터테인먼트 장비
• 소방차 사다리 확장

길이가 접힌 3단 텔레스코픽 실린더 600mm 완전히 확장된 스트로크를 달성할 수 있습니다. 1,700mm - 수축된 길이의 거의 3배. 이러한 공간 효율성은 기존의 단일 로드 실린더로는 달성할 수 없습니다.

여러 단계에 걸친 힘 감소

한 가지 중요한 엔지니어링 고려 사항: 텔레스코핑 실린더의 각 연속 스테이지는 이전 스테이지보다 작은 보어를 갖습니다. 실린더가 더 확장되면 출력 힘이 감소합니다. . 설계자는 힘이 최소일 때 일반적으로 최대 팽창 시 또는 거의 최대 확장 시 발생하는 최악의 하중 위치를 기준으로 실린더 크기를 조정해야 합니다.

로드리스 에어 실린더

로드가 없는 공압 실린더는 기존의 피스톤 로드를 완전히 제거하고 대신 피스톤의 동작을 외부 캐리지로 전달하거나 슬롯이나 자기 커플링을 통해 미끄러집니다. 이 디자인 주어진 설치 길이에 대해 유효 스트로크를 두 배로 늘립니다. 기존 로드 실린더와 비교하여 공간이 제한된 환경에서 매우 유용합니다.

기계식 슬롯 로드리스 실린더

기계식 슬롯(또는 밴드) 설계에서는 원통형 본체에 세로 방향 슬롯이 있습니다. 내부 피스톤은 이 슬롯을 통해 외부 캐리지에 연결됩니다. 유연한 금속 또는 플라스틱 밴드가 연결 지점 양쪽의 슬롯을 밀봉하여 공기 누출을 방지합니다. 이 실린더는 직접적인 측면 하중을 처리할 수 있으며 높은 안내 정확도가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

자기 결합형 로드리스 실린더

자기적으로 결합된 로드리스 실린더는 강력한 영구 자석이 장착된 밀봉된 내부 피스톤을 사용합니다. 반대쪽 자석이 장착된 외부 캐리지는 물리적 슬롯 없이 실린더 벽을 통과하는 피스톤의 움직임을 따릅니다. 이 완전히 밀봉된 디자인은 다음과 같은 경우에 이상적입니다. 클린룸, 식품 등급 및 세척 환경 오염물질이 들어가거나 윤활유가 빠져나갈 구멍이 없기 때문입니다. 단점은 슬롯형 버전에 비해 최대 측면 부하 용량이 낮다는 것입니다.

로드리스 실린더가 뛰어난 곳

• 포장 및 라벨링 기계의 선형 전달 장치
• CNC 머시닝 센터의 수평 셔틀 시스템
• 오염이 우려되는 의료기기 제조
• 갠트리 시스템 및 다축 포지셔닝 스테이지

표준 로드리스 실린더는 다음의 스트로크 길이로 제공됩니다. 50mm ~ 10,000mm 이상 . 매우 긴 스트로크의 경우 배럴 처짐 및 캐리지 드리프트를 방지하기 위해 회전 방지 가이드 및 중앙 지지대를 권장합니다.

로터리 에어 실린더

대부분의 공압 실린더는 선형 운동을 생성하는 반면, 회전식 공기 실린더는 압축 공기 에너지를 각도(회전) 운동으로 변환합니다. 흔히 공압식 회전식 액츄에이터라고 합니다. 이는 공기 모터와 구별됩니다. 회전 실린더는 제한된 각도 회전 (일반적으로 90°, 180° 또는 270°) 연속 회전이 아닌

랙 앤 피니언 로터리 액추에이터

가장 일반적인 회전 실린더 설계는 피니언 샤프트를 구동하는 랙 기어에 연결된 하나 또는 두 개의 선형 피스톤을 사용합니다. 공기가 피스톤을 밀고 랙이 피니언을 회전시키며 토크가 출력 샤프트에 전달됩니다. 듀얼 랙 설계로 로드와 출력 토크가 거의 두 배 증가 주어진 보어 크기에 대해. 회전 각도는 외부 정지 장치를 통해 일반적으로 0°~270° 사이에서 조정 가능합니다.

베인형 로터리 액츄에이터

베인 액츄에이터는 원형 하우징 내부의 출력 샤프트에 부착된 패들(베인)을 사용합니다. 베인 한쪽의 공기 압력이 샤프트를 회전시킵니다. 반대쪽의 공기가 그것을 뒤로 회전시킵니다. 단일 베인 설계는 최대 허용 280° 회전 , 이중 날개 설계는 약으로 제한됩니다. 100° 하지만 더 컴팩트한 본체에서 더 높은 토크를 제공합니다.

일반적인 응용 분야

• 프로세스 배관의 밸브 작동(쿼터턴 볼 밸브, 버터플라이 밸브)
• 조립 자동화의 인덱싱 테이블 및 회전 위치 지정
• 로봇 손목 및 팔꿈치 관절
• 이송 라인의 부품 뒤집기 및 방향 지정
• 산업용 장비의 도어 및 해치 액추에이터

소형 및 가이드 에어 실린더

콤팩트 가이드 실린더는 매우 좁은 설치 공간과 외부 가이드 시스템에 의존하지 않고 피스톤 로드가 회전 또는 측면 하중을 견뎌야 하는 응용 분야라는 매우 구체적인 두 가지 문제를 해결하는 특수 변형 제품입니다.

쇼트 스트로크 콤팩트 실린더

팬케이크 실린더 또는 플랫 실린더라고도 불리는 이 장치는 보어에 비해 본체 길이가 가장 짧습니다. 뇌졸중은 일반적으로 다음으로 제한됩니다. 1mm ~ 50mm . 평평한 프로파일을 사용하면 표준 실린더 본체가 맞지 않는 제한된 영역에 장착할 수 있습니다. 일반적인 사용 사례로는 PCB 프레싱, 라벨 분배, 반도체 장비의 마이크로 포지셔닝 등이 있습니다.

가이드(트윈 로드) 실린더

가이드 실린더에는 공통 전면 플레이트에 연결된 두 개의 평행 피스톤 로드가 통합되어 있습니다. 이 구성은 로드 회전을 방지하고 모멘트 하중(중심에서 벗어난 힘)에 대한 높은 저항을 제공합니다. 가이드 실린더는 측면 하중을 처리할 수 있습니다. 4~10배 더 커 동일한 보어의 표준 단일 로드 실린더보다 많은 응용 분야에서 별도의 외부 선형 가이드가 필요하지 않습니다.

슬라이드유닛 실린더

슬라이드 유닛 실린더는 가이드 캐리지를 실린더 본체에 직접 통합합니다. 캐리지는 선형 베어링이나 재순환 볼 레일을 타고 툴링 또는 공작물 고정 장치를 위한 평평한 장착 표면을 제공합니다. 이러한 올인원 장치는 맞춤형 자동화 프로젝트에서 설계 및 조립 시간을 크게 줄여줍니다. Festo, SMC 및 Parker는 모두 상호 교환 가능한 스트로크 길이와 베어링 구성을 갖춘 모듈식 슬라이드 장치를 제공합니다.

에어 실린더 종류 한눈에 비교

실린더 장착 스타일과 성능에 미치는 영향

실린더 유형에 관계없이 장착 구성은 성능, 수명 및 부하 관리에 직접적인 영향을 미칩니다. 표준 ISO 15552 및 NFPA T3.6.7 실린더는 상호 교환 가능한 장착 인터페이스를 제공하므로 여러 제조업체에서 교체가 단순화됩니다.

• 풋 마운트(MS1/MS2): 고정 베이스 장착; 부하가 잘 정렬된 인라인 푸시/풀에 이상적입니다. 정렬 불량은 굽힘 응력을 로드와 씰에 전달합니다.
• 플랜지 마운트(MF1/MF2): 전면 또는 후면 플랜지 볼트를 기계 플레이트에 직접 연결합니다. 견고한 인라인 부하가 있는 응용 분야에 탁월합니다.
• 클레비스 마운트(MP1/MP3): 부하가 원호로 이동할 때 실린더가 회전할 수 있습니다. 도어 오프너, 연결 메커니즘 및 틸팅 시스템에 광범위하게 사용됩니다. 완전한 관절을 위해서는 로드 측에 로드 엔드 클레비스(MP5)를 사용해야 합니다.
• 트러니언 마운트(MT1/MT4): 원통 본체가 한 평면에서 흔들리도록 허용합니다. 피벗 동작이 필요한 산업용 프레스 및 자재 취급에 일반적입니다.

잘못된 장착은 조기 밀봉 실패 및 로드 스코어링의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. 주요 공압 실린더 제조업체의 연구에 따르면 현장에서 실린더 고장의 30% 이상 재료나 제조상의 결함보다는 정렬 불량과 부적절한 장착이 원인입니다.

에어 실린더를 선택할 때 이해해야 할 주요 사양

에어 실린더를 선택하는 것은 단지 유형을 선택하는 것 이상입니다. 실린더가 의도한 사용 수명 동안 안정적으로 작동하는지 확인하려면 여러 기술 매개변수를 함께 평가해야 합니다.

보어 직경 및 출력 힘

출력 힘은 F = P × A 공식으로 결정됩니다. 여기서 P는 공급 압력이고 A는 유효 피스톤 면적입니다. 표준 공급 압력에서 6바(87psi) , 50mm 보어 실린더는 확장 스트로크에서 약 1,178N을 생성하는 반면, 80mm 보어 실린더는 약 3,016N을 생성합니다. 보어 크기는 ISO 6432 및 ISO 15552에 따라 표준화되어 크기 계산 및 소싱을 단순화합니다.

스트로크 길이 및 좌굴 위험

압축 하중을 받는 긴 행정 실린더의 경우 로드 직경이 작으면 피스톤 로드가 휘어질 수 있습니다(컬럼 파손). 엔지니어는 오일러의 열 공식을 사용하여 좌굴 한계를 확인하고 대부분의 제조업체는 다음을 자동으로 통합하는 하중-행정 차트를 제공합니다. 안전계수 3:1 ~ 5:1 . 표준 로드 직경이 충분하지 않은 경우 특대 로드 옵션이나 외부 가이드 시스템을 지정해야 합니다.

작동 온도 및 씰 재질

표준 NBR(니트릴) 씰은 다음의 작동 온도를 포괄합니다. -20°C ~ 80°C . 최대 200°C의 온도 상승에는 실리콘 또는 PTFE 씰이 사용됩니다. 저온 환경(-40°C 정도)의 경우 특별히 제조된 폴리우레탄 또는 저온 니트릴 화합물을 사용할 수 있습니다. 씰 재료 선택은 매체 호환성의 영향도 받습니다. 예를 들어, 실린더가 부식성 세척제를 사용하여 정기적으로 세척되는 식품 가공 환경에서 사용되는 경우 EPDM 씰과 스테인레스 스틸 본체가 올바른 사양입니다.

스트로크 끝 쿠셔닝

높은 사이클 속도에서 쿠션 없이 스트로크 끝에 도달하는 피스톤은 상당한 기계적 충격을 발생시켜 소음을 발생시키고 내부 부품의 마모를 가속화합니다. 조정 가능한 공압 쿠션은 스트로크 끝 부분에 소량의 공기를 가두어 점진적인 감속을 생성합니다. 적절하게 조정된 쿠션은 충격력을 다음과 같이 줄일 수 있습니다. 80% ~ 95% 동일한 속도와 부하에서 작동하는 쿠션이 없는 실린더와 비교됩니다.

에어 실린더의 수명을 연장하는 유지 관리 요소

최고 품질의 공압 실린더라도 작동하는 시스템이 제대로 유지되지 않으면 조기에 고장이 날 수 있습니다. 다음 요소가 가장 중요합니다.

공기질 및 여과

압축 공기의 수분 및 미립자 오염은 내부 부식 및 씰 성능 저하의 주요 원인입니다. ISO 8573-1 클래스 3 공기 품질(입자 ≤ 5 µm, 압력 이슬점 ≤ 3°C, 오일 농도 ≤ 1 mg/m³)은 일반적으로 공압 실린더의 최소 표준으로 허용됩니다. 각 회로에 적절한 FRL(필터-조절기-윤활 장치) 장치를 사용하면 다음과 같이 씰 수명이 연장됩니다. 두세 번 여과되지 않고 윤활되지 않은 시스템과 비교됩니다.

윤활 관행

최신 공압 실린더는 수명이 긴 그리스로 사전 윤활 처리된 상태로 공급되며 무윤활 공기 시스템용으로 설계되었습니다. 이러한 실린더에 오일 미스트 윤활을 추가하면 실제로 공장에서 도포된 그리스가 흘러나오고 서비스 수명이 단축될 수 있습니다. 특정 실린더 모델에 대해 공기관 윤활이 권장되는지 또는 금지되는지 항상 제조업체에 확인하십시오.

로드 와이퍼 및 외부 오염

먼지가 많거나 더러운 환경에서는 피스톤 로드에 달라붙은 잔해물이 각 후진 행정마다 실린더로 다시 흡입되어 로드 씰의 연마제 역할을 합니다. 스크레이퍼 링이라고도 하는 로드 와이퍼 씰은 대부분의 산업용 실린더의 표준 기능이지만 예방적 유지 관리 일정의 일부로 일반적으로 매 주기마다 검사하고 교체해야 합니다. 6~12개월 오염이 심한 환경에서.

올바른 유형의 공압 실린더를 선택하는 방법

특정 응용 분야에 적합한 실린더 유형을 좁히려면 기능적 요구 사항을 기반으로 한 간단한 결정 프로세스를 통해 작업해야 합니다.

1. 모션 유형을 정의합니다. 필요한 모션은 선형, 각도 또는 회전입니까? 선형 동작은 표준, 로드리스, 소형 또는 가이드 실린더를 가리킵니다. 각도 운동은 회전식 액츄에이터를 가리킵니다.
2. 힘 요구 사항을 결정합니다. 마찰, 관성 및 수직 중력 구성요소를 포함한 하중을 계산합니다. 최소 1.5배의 안전 계수를 추가하고 제조업체 힘 표에서 보어 직경을 선택하십시오.
3. 스트로크 설정: 스트로크가 짧고 공간이 좁은 경우에는 콤팩트한 실린더가 적합합니다. 스트로크는 길지만 설치 길이가 제한된 경우 로드리스 또는 텔레스코핑 실린더를 고려해야 합니다.
4. 환경 조건을 평가합니다. 극한의 온도, 화학 물질 노출, 세척 요구 사항 및 먼지 수준은 모두 본체 재질, 씰 선택 및 표면 마감 사양에 영향을 미칩니다.
5. 사이클 속도 및 듀티 사이클을 확인하십시오. 고속, 고주기 응용 분야에는 적절한 쿠션, 적절한 포트 크기 및 반복된 압축으로 생성된 열을 처리할 수 있는 잠재적으로 열적으로 견고한 씰 화합물이 필요합니다.
6. 측면 하중 및 모멘트 하중 요구 사항을 평가합니다. 실린더가 축에서 벗어난 힘을 받게 되는 경우 로드 씰과 부싱의 조기 마모를 방지하기 위해 가이드 실린더 또는 외부 선형 가이드가 필수적입니다.

이러한 구조화된 접근 방식을 따르면 대부분의 엔지니어는 첫 번째 시도에서 올바른 공압 실린더 유형과 크기를 자신 있게 지정할 수 있으므로 프로젝트 후반에 비용이 많이 드는 재설계와 교체 주기를 피할 수 있습니다.