Votre guide pour le calculateur de force des vérins pneumatiques

Au-delà de l'outil en ligne : Pourquoi la compréhension du "comment" est importante

À l'ère de la numérisation, les réponses ne sont jamais bien loin. Une simple recherche sur Google d'un calculateur de la force d'un cylindre pneumatique révèlera des milliers d'outils qui fourniront une réponse avec peu d'efforts et en quelques secondes. Il est rapide et facileMais lorsque ces outils sont utilisés sans connaître les calculs qu'ils impliquent, cela peut s'avérer risqué. Le calculateur ne vaut que ce que valent les données saisies. Lorsqu'un événement imprévu se produit - une petite augmentation de la charge, une baisse de la pression dans la conduite du compresseur, ou un autre événement inattendu - le calculateur peut s'avérer difficile à utiliser. force de frottement-le nombre simple et sans contexte de la calculatrice n'est pas très utilisé. Le résultat peut être équipement stagnant, pinces casséesou processus interrompusce qui entraîne des temps d'arrêt et des remaniements coûteux.

Ce guide décompose les principes qui sous-tendent ces calculs et décrit les principes physiques qui régissent l'utilisation de l'énergie solaire. force d'un cylindre pneumatique, produit par air comprimé. Il est destiné à les ingénieurs, les concepteurs et les techniciens qui veulent non seulement connaître la bonne réponse, mais aussi savoir où se trouve la réponse. À la fin du cours, vous serez non seulement capable d'utiliser une calculatrice, mais aussi de faire les calculs vous-même, d'identifier les variables en jeu et de prendre des décisions éclairées et judicieuses en matière de conception en ce qui concerne l'utilisation de l'énergie solaire. force du cylindre.

Rencontre avec le générateur de force : Coup d'œil sur les vérins pneumatiques

Nous n'entrerons pas encore dans les mathématiques, mais nous examinerons d'abord la partie qui cause la force, le pneumatique actionneur. A cylindre pneumatique est un actionneur mécanique qui utilise l'énergie potentielle de la pression de l'air comprimé pour fournir un mouvement linéaire. Il s'agit d'un élément de base de la l'automatisation industrielleIl est utilisé pour serrer, pousser, tirer, soulever et presser dans des millions d'applications. Le terme général de pneumatique fait référence à tout système utilisant du gaz ou de l'air sous pression.

Il est important de comprendre les deux principales types de cylindres parce qu'il détermine la façon dont nous calculons la force du cylindre pneumatique.

Cylindres à simple effet et à double effet

• Cylindres à simple effet (SAC) :Vérins à simple effet sont des cylindres qui sont alimenté par de l'air comprimé pour exercer une force dans une seule direction, généralement la poussée ou la pression. course vers l'extérieur. L'un des orifices sert à faire entrer l'air dans le cylindre, ce qui entraîne le moteur. piston. Le relâchement de la pression atmosphérique ramène le piston à sa position initiale. position initiale par un ressort interne ou une charge externe. Ils sont simples et donc fiables et économiques à utiliser dans des applications telles que le serrage ou l'éjection de pièces où la force n'est requise que dans une seule direction.

• Cylindres à double effet (DAC) : Ceux-ci sont plus généraux. Il s'agit type de cylindre est un dispositif à deux ports avec deux ports à chaque extrémité. L'un des orifices est pressurisé avec de l'air pour prolonger la durée de vie de l'appareil. tige de piston et l'autre port est pressurisé pour le rétracter pendant la durée de l'opération. retour course. Cela permet d'obtenir un mouvement motorisé dans l'une ou l'autre direction. Cette double commande nécessite leur utilisation dans des applications où une poussée et une traction contrôlées sont nécessaires, par exemple pour positionner un composant ou actionner une vanne. Parmi les différents types de cylindres d'airCes derniers sont également connus sous le nom de cylindres à tige de piston. Il existe également des cylindres sans tigequi génèrent des mouvements différents, mais qui sortent du cadre de ce guide.

Pour effectuer nos calculs dans ce guide, nous utiliserons principalement le cylindre à double effet car il implique à la fois des forces de poussée et de traction. Les principes de la force de poussée s'appliquent toutefois également aux vérins pneumatiques à simple effet.

Les formules de base : Les mathématiques derrière chaque calcul

*Cette vidéo porte sur le calcul de la force d'un cylindre pneumatique, avec exemple à l'appui.

Les mathématiques de la force pneumatique sont simples et reposent sur une loi fondamentale de la physique : Pression = Force/Surface (PA). En réarrangeant cette loi, nous obtenons la formule de base de nos calculs :

Force = Pression × Surface

C'est la formule pour tous les calculs de force des vérins pneumatiques. Comment fonctionne-t-elle dans les deux actions différentes d'un vérin ?

Calcul de la force de poussée (la course d'extension)

Lorsqu'un cylindre est déployé, l'air comprimé pousse sur toute la surface du cylindre. piston. Ainsi, l'aire dans notre formule est l'aire circulaire complète de la alésage (l'interne diamètre du cylindre).

L'équation est la suivante : Force = Pression × (π × (Diamètre de l'alésage/2)²)

Supposons que nous prenions l'exemple d'un cylindre qui a :

• Diamètre de l'alésage : 50 mm (Le diamètre du piston est identique au diamètre de l'alésage)

• Pression de fonctionnement (Pression du cylindre) : 6 bar (ou 0,6 N/mm²)

La surface du piston est d'abord calculée :

• Surface = π × (50 mm / 2)²

• Surface = 3,14159 × (25 mm)².

• Surface = 3,14159 × 625 mm².

• Surface = 1963,5 mm²

Calculez maintenant la force :

• Force de poussée = 0,6 N/mm² × 1963,5 mm²

• Pousser Force ≈ 1178.1 N

À une pression de 6 bars, un cylindre de 50 mm d'alésage a la capacité théorique de pousser avec une force d'environ 1178 Newtons.

(Insérer l'infographie de la pression de l'air sur toute la surface du piston)

Calcul de la force de traction (course de rétraction)

La situation est différente lorsque le cylindre se rétracte. L'orifice de l'extrémité de la tige est maintenant ouvert à l'air comprimé, qui pousse le piston pour ramener la tige à l'intérieur. Mais l'orifice de l'extrémité de la tige est ouvert à l'air comprimé. tige de piston est fixé sur cette face du piston et prend de la place. Cela signifie que la surface sur laquelle l'air peut agir est réduite. La surface effective, ou Effet Fest l'aire du piston moins l'aire de la section transversale de la tige.

L'équation est la suivante : Force de traction (F) = Pression (P) × (Surface du piston - Surface de la tige)

Supposons que nous prenions le même cylindre que précédemment et que nous y insérions une tige de piston :

• Diamètre de l'alésage : 50 mm (surface du piston ≈ 1963.5 mm²)

• Diamètre de la tige : 20 mm

• Pression de fonctionnement : 6 bar (0,6 N/mm²)

Pour commencer, trouvez l'aire du bâton en utilisant son diamètre:

• Surface de la tige = π × (20 mm / 2)²

• Surface de la tige = π × (10mm)²

• Surface de la tige ≈ 314.16 mm²

La zone effective de la course de rétraction est maintenant déterminée :

• Surface effective = 1963,5 mm² - 314,16 mm²

• Surface effective = 1649.34 mm²

Enfin, calculez la force de traction :

• Force de traction = 0,6 N/mm² × 1649,34 mm²

• Force de traction ≈ 989.6 N

Comme on le voit, la force de traction est nettement inférieure à la force de poussée, ce qui est un facteur important dans toute conception.

(La surface du piston est plus petite à cause de la tige - Placeholder for an infographic)

De la théorie à la réalité : Les facteurs cachés qui influencent la force

La force théorique est donnée par les formules que nous venons d'examiner. Il s'agit d'un chiffre idéal, d'un calcul effectué dans des circonstances idéales. Conditions industrielles sont ne sont pas parfaits et ils ajoutent des éléments qui diminuent la force théorique avant qu'elle ne puisse effectuer un travail utile. L'ingénieur ne se contente pas de calculer la théorie, il prédit la réalité.

• Friction et efficacité : C'est le facteur principal. Tous les systèmes pneumatiques cylindres ont des scellés...joints de piston, joints de tigeet essuie-glaces. Ils sont nécessaires pour contenir l'air comprimé, mais ils provoquent des frottements lorsque l'air est comprimé. piston et la tige se déplacent. Ce frottement agit contre le mouvement et diminue la force nette de sortie. En outre, les bandes de guidage du piston frottent contre le cylindre. En règle générale, on peut s'attendre à ce que ces pertes par frottement consomment 10-25 pour cent de votre force théorique. Ce pourcentage peut être encore plus élevé en basse pression ou mouvement très lent des applications. C'est pourquoi Facteur de sécurité est nécessaire. En règle générale, il convient d'estimer la force nécessaire et de la multiplier par un facteur de 1,25 (ou plus) pour obtenir la force théorique nécessaire que votre cylindre devra générer.

• Conditions de fonctionnement : D'autres facteurs peuvent également nuire aux performances. La résistance peut être causée par une contre-pression dans la ligne d'échappement. Friction et usure peut être considérablement augmentée par une charge latérale (une force appliquée perpendiculairement à la tige du piston). Le viscosité du lubrifiant peut même varier en fonction de la température, ce qui peut altérer les performances des joints.

Exemple étape par étape : Dimensionnement d'un vérin pour une application de serrage

Éléments du diagramme (légende) :

Composant	Description
Bloc de bois	La pièce à serrer pendant le perçage
Cylindre pneumatique	Pousse le bloc horizontalement à l'aide d'air sous pression
Air comprimé (5 bar)	Alimentation en air de l'usine entraînant le cylindre
Flèche de force de serrage	Indique la direction de la force (500 N) avec un facteur de sécurité appliqué
Facteur de sécurité	1,25 appliqué à l'exigence initiale de 400 N pour la fiabilité

Nous pouvons maintenant utiliser ces connaissances dans une situation pratique. Considérons que vous devez concevoir un dispositif de serrage horizontal pour serrer un bloc de bois afin d'effectuer un processus de forage.

• Énoncer l'exigence : Le mécanisme de serrage doit exercer une force continue minimale de 400 N sur le bloc pour le maintenir en place.

• Tenir compte de la réalité (appliquer un facteur de sécurité) : Nous sommes conscients que le frottement est un facteur. Nous appliquerons un facteur de sécurité de 1,25 pour garantir la fiabilité.

1. Force théorique requise = 400 N × 1.25
2. Force théorique requise = 500 N

• Identifier la pression du système : Le système d'air comprimé de l'usine a une pression de fonctionnement constante de 5 bars (0,5 N/mm²).

• Calculer la surface de piston nécessaire : Nous utiliserons la course de poussée pour serrer. Nous réarrangeons notre équation fondamentale : Surface = Force / Pression.

1. Surface requise = 500 N / 0.5 N/mm²
2. Surface requise = 1000 mm²

• Déterminer l'alésage du cylindre : Nous déterminons maintenant la diamètre de la alésage ce qui donne au moins cette surface. Nous appliquons la formule de l'aire Aire = π × (Alésage/2)² et résolvons la question de l'alésage.
  1. 1000 mm² = π × (Alésage/2)²
  2. 1000 / π = (Alésage/2)²
  3. 318,3 = (Alésage/2)²
  4. √318.3 = Alésage/2
  5. 17,84 mm = Alésage/2
  6. Alésage = 35,68 mm

• Choisissez un cylindre standard : Les vérins pneumatiques sont disponibles dans des tailles d'alésage standard. La taille standard au-dessus de 35,68 mm est généralement de 40 mm.

Exemple de conclusion : Afin de pouvoir délivrer une force de serrage de 400 N avec une pression de 5 bar alimentation en airNous choisirons donc un cylindre pneumatique standard avec un diamètre de 40 mm d'alésage. La sélection de la taille immédiatement inférieure, un cylindre de 32 mm, ne serait pas suffisante si l'on tient compte du frottement dans le monde réel. Cette procédure systématique rend la conception solide.

Hebai-Omch : Pourquoi la qualité des cylindres est-elle importante pour les performances dans le monde réel ?

Au Hebai-OmchNous comprenons parfaitement l'importance de la qualité des cylindres pour les performances réelles. Quelle que soit la précision de vos calculs, si le cylindre lui-même n'est pas en bon état de fonctionnement, il ne peut pas être utilisé. grandes tolérances, mauvaise étanchéitéou une durée de vie courte, toute votre conception peut échouer lorsqu'elle est mise à l'épreuve. C'est pourquoi nous contrôlons strictement les tolérances du diamètre intérieur et la finition de la surface pendant la fabrication, ce qui garantit que la surface effective réelle de nos cylindres est presque identique aux valeurs théoriques. Chaque cylindre que nous produisons est usiné avec précision pour fournir une force de sortie précise et constante à différents niveaux de pression, avec écart minimal. En outre, nos cylindres conservent des performances élevées tout au long de leur durée de vie, qui s'étend de 3 millions à 10 millions de cycles, garantir un fonctionnement plus stable et plus fiable de votre équipement.

Notre technologie d'étanchéité est tout aussi fiable. Cylindres Hebai-Omch utilisent des joints de haute performance qui réduire les frottements et les fuitesce qui améliore l'efficacité énergétique globale. À pression d'air égale, vous constaterez que nos vérins fournissent une force plus stable et plus puissante. Cela se traduit par une plus grande productivité et une réduction du gaspillage d'énergie. AvecIP65IP67, et même IP68 les indices de protection, nos cylindres continuent à fonctionner à un niveau élevé même dans des environnements poussiéreux, humides ou autrement difficilesL'utilisation d'un système de gestion de l'information est l'une des principales raisons pour lesquelles plus de 72 000 clients dans le monde ont choisi de faire confiance au système de gestion de l'information. Hebai-Omch.

En outre, de nombreux clients négligent des détails cruciaux lors de l'achat d'un produit. sélection et dimensionnement des cylindres - tels que la prise en compte des charges latérales, des impacts à haute fréquence ou des conditions d'installation particulières - ce qui peut gravement compromettre les performances du cylindre sur le site. Hebai-Omch offre une large sélection de tailles d'alésage de Ø12 mm à Ø320 mmet longueurs de course personnalisées de 10 mm à 2000 mmNous proposons également des services de conseil en matière de sélection à tous nos clients. Nous fournissons également des conseils d'experts pour la sélection de chaque client, vous aider à éviter les pièges les plus courants en matière de dimensionnement et d'estimation de la charge afin que votre équipement fonctionne aussi efficacement et durablement dans la pratique qu'il a été conçu.

Pièges courants à éviter lors du calcul et du dimensionnement

La connaissance ne consiste pas seulement à savoir ce qu'il faut faire, mais aussi ce qu'il faut éviter. Au fur et à mesure que vous avancez dans la réalisation de vos propres projets, méfiez-vous de ces erreurs courantes qui peuvent nuire à un projet.

• Oublier la Facteur de sécurité: Il s'agit là d'une erreur majeure dans le dimensionnement des cylindres. Il faut toujours supposer qu'il y aura des frottements et des charges inattendues. Dimensionner un vérin pour la force exacte calculée, c'est le concevoir pour une défaillance potentielle.

• Utilisation de la pression de crête pour les calculs : A compresseur peut avoir une pression nominale de 10 bars, mais la pression de fonctionnement stable au point d'utilisation est souvent inférieure en raison des régulateurs, des filtres et des pertes dans les conduites. Pour vos calculs, utilisez une pression réaliste et constante, et non une valeur de pointe optimiste.

• Ignorer l'accélération : Selon la deuxième loi de Newton, la force nécessaire pour accélérer une masse est supérieure à la force nécessaire pour la maintenir en mouvement à une vitesse constante. Si votre application implique le déplacement d'un poids important, vous devez calculer la force supplémentaire nécessaire à l'accélération, sinon votre vérin risque d'être sous-dimensionné.

Conclusion : Du calcul à l'application confiante

Nous avons commencé ce voyage en nous interrogeant sur les limites de l'utilisation d'outils de dimensionnement en ligne. À partir de là, nous avons décortiqué les formules sous-jacentes, pris en compte des variables du monde réel telles que le frottement et appliqué la théorie à un exemple pratique. Ce que vous avez maintenant entre les mains n'est pas seulement un ensemble d'équations, c'est une méthodologie complète. Vous avez acquis la clarté nécessaire pour passer en toute confiance des exigences du système à des calculs précis et, en fin de compte, à des décisions d'ingénierie judicieuses.

Mais même le calcul le plus précis ne vaut que ce que valent les composants qui le réalisent. C'est là que le Hebai-Omch arrive. Notre cylindres pneumatiques sont conçus pour traduire votre précision de la conception en une performance fiable sur le terrain. Avec des tolérances de diamètre intérieur étroitement contrôlées, une technologie d'étanchéité avancée et une durabilité inégalée dans l'industrie, nos vérins garantissent que votre système fonctionne exactement comme prévu, cycle après cycle, dans des conditions réelles.

Lorsque vous êtes prêt à concrétiser votre projet, Hebai-Omch est là pour vous aider. A partir de des modèles standard aux solutions entièrement personnaliséesNotre équipe est en mesure de vous aider à sélectionner ou à concevoir le vérin qui répondra à vos besoins. Explorez notre gamme de produits ou contactez nos ingénieurs dès aujourd'hui - et construisons ensemble quelque chose d'exceptionnel.