Guide complet : Comprendre les types de vérins pneumatiques

Préface

Voici notre guide détaillé sur les vérins pneumatiques, et nous sommes ravis de le partager avec vous. Ce guide a été créé pour améliorer vos connaissances sur les vérins pneumatiques et leur importance dans de nombreuses industries, que vous soyez un ingénieur expérimenté ou un débutant dans le domaine de l'automatisation. En lisant ce guide, vous comprendrez non seulement les aspects fondamentaux mais aussi les aspects complexes des vérins pneumatiques, ce qui vous permettra de prendre les bonnes décisions dans vos projets et applications.

Qu'est-ce qu'un vérin pneumatique ?

Un vérin pneumatique est un dispositif créé pour transformer l'énergie de l'air comprimé en mouvement linéaire. Contrairement aux cylindres hydrauliques, qui sont basés sur l'huile hydraulique, les cylindres pneumatiques sont les mieux adaptés aux applications où la propreté et la sécurité sont les facteurs les plus importants, car ils utilisent la pression de l'air. La simplicité de ces robots est la raison pour laquelle il y a moins de fuites et de contamination. Ils peuvent donc être utilisés dans diverses industries telles que la fabrication, l'emballage et l'automatisation.

Le vérin pneumatique est composé d'un corps de vérin, généralement en acier inoxydable ou en aluminium, et d'un piston qui se déplace d'avant en arrière le long du vérin. Le diamètre du piston et la taille de l'alésage sont les principaux facteurs qui déterminent la force que le cylindre peut exercer. La pression de l'air s'applique sur la tige du piston, qui s'étend ou se rétracte en ligne droite, ce qui rend le positionnement et le contrôle du mouvement de l'objet très précis. Les vérins sont dotés de caractéristiques telles que l'amortissement réglable qui ralentit le piston en fin de course afin d'éviter l'impact et le bruit.

Qu'est-ce qu'un système pneumatique ?

Il s'agit d'un système qui utilise l'air comprimé pour transmettre et contrôler l'énergie. Un système pneumatique utilise efficacement la puissance de l'air comprimé pour effectuer un travail mécanique au moyen d'une série de composants interconnectés. Au centre du système se trouve un compresseur qui transforme l'énergie mécanique en énergie pneumatique en comprimant l'air. Cet air comprimé passe ensuite par les unités de traitement de l'air qui comprennent généralement des filtres pour éliminer les impuretés, des régulateurs pour contrôler la pression et des lubrificateurs pour réduire l'usure des composants. L'air conditionné passe ensuite par un système de tuyaux et de raccords qui dirigent son débit et sa direction vers différentes vannes qui régulent son débit et sa direction. Enfin, l'air comprimé atteint les actionneurs tels que les cylindres pneumatiques, où son énergie est transformée en force mécanique pour accomplir les tâches nécessaires.

Avantages des systèmes pneumatiques

La conception du système pneumatique est simple et les composants du système sont principalement des cylindres, des vannes et des tuyaux, ce qui les rend faciles à installer et à entretenir. Moins il y a de pièces complexes susceptibles de mal fonctionner ou de se casser, plus cette conception est simple et plus sa fiabilité augmente, ce qui réduit les temps d'arrêt et accroît la productivité. En outre, les systèmes pneumatiques ont la réputation d'être fiables et de durer longtemps. L'air comprimé est la principale source d'énergie dans ce cas, ce qui implique que les composants ne sont pas soumis au même niveau d'usure que les composants des systèmes hydrauliques ou électriques. Ces facteurs, associés à la simplicité de l'entretien, font des systèmes pneumatiques une solution d'automatisation bon marché à long terme.

Normes ISO et facteurs de forme des vérins pneumatiques

Normes ISO

Les normes ISO pour les vérins pneumatiques sont les règles mondiales qui décrivent la conception, les performances et les essais de ces pièces. L'objectif principal de ces normes est de s'assurer que les produits des différents fabricants sont cohérents, compatibles et sûrs à utiliser. Voici quelques-unes des principales normes ISO relatives aux vérins pneumatiques.

ISO 6432 : Cette norme inclut les vérins à simple tige et à double effet dont l'alésage est compris entre 8 et 25 mm. Elle spécifie les dimensions, les tolérances et les caractéristiques de performance de ces vérins compacts.

ISO 15552 (anciennement ISO 6431) : Cette norme couvre les vérins à simple tige et à double effet dont l'alésage est compris entre 32 et 320 mm. Elle spécifie les dimensions, les tolérances et les exigences de performance pour ces vérins de plus grande taille qui sont principalement utilisés dans les applications industrielles.

ISO 21287 : Cette norme concerne les vérins compacts à tige unique dont l'alésage est compris entre 20 et 100 mm. Elle traite des dimensions, des tolérances et des spécifications de performance de ces vérins peu encombrants.

ISO 15524 : La norme concerne les vérins sans tige, c'est-à-dire ceux qui ont un chariot coulissant au lieu d'une tige d'extension. Elle donne les dimensions, les tolérances et les caractéristiques de performance de ces vérins qui sont généralement utilisés dans les applications où l'espace est un problème.

ISO 4393 : Cette norme couvre les vérins à simple tige, à double effet, avec des fixations amovibles. Elle fixe les dimensions et les tolérances des interfaces de montage, de sorte que les vérins et les accessoires de montage de différents fabricants soient compatibles.

ISO 10099 : Cette norme traite des vérins pneumatiques à pistons magnétiques qui peuvent être utilisés pour la détection de position sans contact. Elle définit les dimensions et les normes de performance de ces vérins et des capteurs magnétiques qui les accompagnent.

Ces normes ISO portent sur la conception des vérins pneumatiques et couvrent de nombreux aspects tels que les diamètres de l'alésage et de la tige, les longueurs de course, les dimensions de montage et les tailles de filetage, les joints du piston et de la tige, les tailles et emplacements des orifices, les exigences en matière d'amortissement, les caractéristiques de performance telles que la pression de fonctionnement maximale, la force de sortie et la consommation d'air.

Facteurs de forme

Les facteurs de forme des vérins pneumatiques sont les options de montage suivantes montages à bride, à pied, à chape et à tourillonLes cylindres peuvent donc être facilement utilisés et installés à différents endroits.

Montage sur bride : De cette façon, le vérin est fermement fixé à la structure de la machine par les embouts ou les têtes qui sont directement reliés au vérin. Les montages à bride sont parfaits pour les applications qui nécessitent une grande stabilité et un minimum de mouvement au niveau des points de montage. Les montages à bride permettent de répartir uniformément la charge, réduisant ainsi les contraintes et l'usure du vérin. Ce type de montage est particulièrement utile lorsqu'un positionnement précis est nécessaire et il est principalement utilisé dans les systèmes d'automatisation industrielle et de manutention.

Montage par chape : Le point de pivot à l'extrémité du vérin est la fixation à chape utilisée pour les applications où le vérin doit se déplacer en arc de cercle. Ce type de montage convient aux applications où le vérin doit osciller, ce qui est le principal composant des bras robotisés ou des opérations de portail où le mouvement angulaire est nécessaire. Il est très utile pour maintenir l'alignement et réduire les charges latérales qui peuvent être à l'origine d'une usure prématurée du vérin.

Montage du pied: Les supports de pied sont la meilleure option si vous avez besoin d'installer les cylindres verticalement ou horizontalement. Ils sont utilisés pour fournir une base et un support solides. Ce type de support est spécialement conçu pour les cas où le vérin doit être soit debout, soit couché horizontalement. Les supports à pattes sont généralement utilisés dans les presses ou les applications de levage où le vérin exerce une force en ligne droite contre la gravité.

Montage sur tourillon : Le vérin peut pivoter autour de l'axe des tourillons, ce qui lui confère un mouvement d'oscillation très important dans les applications qui exigent que le vérin suive une trajectoire courbe. Ce type de montage est parfait pour les machines où le vérin doit être aligné avec les autres pièces mobiles qui ne sont pas parfaitement linéaires.

Types de vérins pneumatiques

Il existe plusieurs types de vérins pneumatiques.

Cylindres à simple effet

Caractéristiques

Les vérins pneumatiques à simple effet fonctionnent avec de l'air comprimé qui pousse le piston dans une direction et un ressort qui le ramène à sa position initiale. La conception du cylindre réduit la structure du cylindre et la consommation d'air car l'air n'est utilisé que pour déplacer le piston dans une direction. Pour certaines applications, il est donc plus économe en énergie que le cylindre à double effet.

Avantages et inconvénients

Les principaux avantages des vérins à simple effet sont leur simplicité, leur faible coût et le nombre réduit de leurs composants, ce qui les rend faciles à installer et à entretenir. Leur conception plus légère et plus compacte les rend parfaits pour les applications où l'espace est limité ou lorsqu'une seule force directionnelle est nécessaire. Néanmoins, la dépendance à l'égard d'un ressort pour la course de retour peut constituer un inconvénient, car la force exercée par le ressort est généralement inférieure à celle de l'air comprimé, ce qui limite la quantité qui peut être retournée, et ce mécanisme de ressort peut également influencer la vitesse et la régularité de la course de retour, ce qui à son tour peut affecter la précision des opérations.

Applications

• Fabrication (par exemple, serrage et maintien, mécanismes d'alimentation)
• Industrie automobile (par exemple, équipement des chaînes de production, entretien des véhicules)
• Produits de consommation (par exemple, appareils ménagers et gadgets)

Cylindres à double effet

Caractéristiques

Les vérins pneumatiques à double effet sont des dispositifs polyvalents utilisés pour contrôler le mouvement à la fois dans le sens de l'extension et de la rétraction au moyen de la pression d'air appliquée alternativement des deux côtés du piston. La combinaison des deux sens d'action permet un contrôle plus précis et une application de force plus importante que les vérins à simple effet qui n'utilisent la pression d'air que d'un seul côté et qui dépendent généralement d'un ressort pour l'action de retour.

Avantages et inconvénients

Les principaux avantages des vérins à double effet sont qu'ils peuvent exercer une force dans les deux sens, ce qui augmente le contrôle et l'efficacité dans différentes applications, permet de déplacer des charges plus lourdes et d'utiliser des séquences plus complexes dans les systèmes automatisés, avec un contrôle précis de la vitesse et de la force de rétraction, ce qui est très important pour la synchronisation et le positionnement précis. Néanmoins, ils présentent certains inconvénients, comme la nécessité d'un dispositif plus compliqué et plus coûteux en raison des vannes de commande supplémentaires et des tuyauteries complexes utilisées pour contrôler le flux d'air des deux côtés du piston, et le fait qu'ils consomment plus d'air que les vérins à simple effet parce que l'air est utilisé à la fois pour l'extension et la rétraction du piston, ce qui peut entraîner des coûts d'exploitation plus élevés.

Applications

• Industrie automobile (par exemple, assemblage automobile, équipement d'essai)
• Divertissement et machinerie de scène (par exemple, machinerie théâtrale)
• Agriculture (par exemple, équipement de récolte, systèmes d'alimentation automatisés)

Cylindres rotatifs

Caractéristiques

Les vérins rotatifs, également appelés actionneurs rotatifs, transforment l'air comprimé en mouvement rotatif et sont réputés pour leur conception compacte et efficace. Ces vérins fonctionnent au moyen d'une palette ou d'un système de crémaillère à l'intérieur d'une chambre étanche ; l'air comprimé pousse la palette ou l'engrenage à tourner, convertissant ainsi la force linéaire de l'air en mouvement rotatif. C'est ce mécanisme qui permet d'obtenir un positionnement angulaire exact, ce qui est un atout majeur dans les domaines où le mouvement de rotation est nécessaire.

Avantages et inconvénients

Le principal avantage des vérins rotatifs est leur couple élevé sous une forme réduite, ce qui explique qu'ils soient parfaits pour les applications limitées en espace. En outre, ils permettent un bon contrôle de la rotation, qui peut être facilement réglée en fonction de l'angle de mouvement souhaité. Néanmoins, leurs aspects négatifs sont la plage de rotation limitée - généralement inférieure à 360 degrés - et la possibilité d'usure de la palette ou du système d'engrenage, qui peut affecter les performances au fil du temps.

Applications

• Secteur manufacturier (par exemple, robots d'assemblage, pièces en rotation pendant l'usinage)
• Industries de l'emballage (par exemple, cylindres rotatifs dans les machines à boucher)

Cylindres sans tige

Caractéristiques

Les vérins sans tige sont un type spécial de vérin pneumatique qui présente un avantage certain dans les situations où l'espace est limité. Contrairement aux vérins pneumatiques conventionnels qui prolongent une tige à l'extérieur du corps du vérin, les vérins sans tige ont le piston à l'intérieur d'un tube scellé, le piston étant couplé à un chariot externe. Cette conception offre la même course que les vérins à tige, mais sans dépasser la longueur du vérin, ce qui les rend parfaits pour les espaces compacts.

Avantages et inconvénients

La principale méthode utilisée pour les vérins sans tige est généralement le système d'accouplement magnétique ou mécanique qui relie le piston au chariot qui se déplace à l'extérieur du vérin. Cela permet un mouvement rectiligne sans que la tige ne dépasse, ce qui rend le profil compact. En outre, les avantages des vérins sans tige résident dans leur conception compacte et dans le fait qu'ils peuvent porter la charge directement sur le chariot, ce qui facilite grandement la conception du système mécanique. En outre, ils peuvent effectuer des courses plus longues que les vérins traditionnels car ils ne présentent pas de risque de flambage de la tige.

Néanmoins, les vérins sans tige sont généralement plus chers que les vérins à tige et peuvent être plus vulnérables aux fuites en raison du joint long et continu qui est nécessaire le long du vérin. En outre, le guidage externe du chariot mobile peut compliquer le processus et augmenter les besoins de maintenance.

Applications

• Fabrication (par exemple, vissage de bouchons sur des bouteilles, changeurs de machines-outils)
• Machines d'emballage (par exemple, rotation des marchandises pour l'étiquetage, le bouchage ou l'inspection)
• Industrie automobile (par exemple, installations de moteurs et de tableaux de bord)

Cylindres télescopiques

Caractéristiques

Les vérins télescopiques, également appelés vérins multi-étages, sont ceux dont les tiges de piston sont emboîtées les unes dans les autres et s'étendent de manière séquentielle. La structure particulière de ces vérins leur permet d'avoir une extension beaucoup plus longue que leur longueur rétractée. Ils sont donc parfaits pour les cas où les contraintes d'espace ne permettent pas l'utilisation de vérins standard, mais où une longue course est nécessaire.

Avantages et inconvénients

Les vérins télescopiques ont l'avantage d'avoir une grande portée tout en conservant une taille compacte en position rétractée, ce qui est important dans les applications où l'espace d'installation est limité. En outre, ils sont capables de générer une force importante, ce qui est parfait pour soulever des objets lourds. Les inconvénients sont qu'ils sont très compliqués à concevoir, ce qui entraîne des coûts et une maintenance plus élevés. Ils sont aussi généralement plus lents à sortir et à rentrer que les vérins à un étage, et leur stabilité peut diminuer lorsqu'ils sont complètement sortis, en particulier si la charge n'est pas uniformément répartie.

Applications

• Transport (par exemple, camions à benne et camions de recyclage)
• Construction (par exemple, chariots élévateurs à fourche et ascenseurs hydrauliques)
• Agriculture (par exemple, rampes sur les pulvérisateurs ou les moissonneuses)
• Services d'urgence (par exemple, camions-échelles, échelles habilitantes)

Cylindres compacts

Caractéristiques

Les vérins compacts sont conçus pour offrir les mêmes fonctionnalités que les vérins pneumatiques standard, mais dans un format plus petit et moins encombrant. Ces vérins ont généralement une course plus courte et un diamètre plus petit, ce qui en fait les meilleurs pour les applications où l'espace est limité.

Avantages et inconvénients

Les vérins compacts ont l'avantage d'être très petits et peuvent donc être installés dans des espaces restreints sans perdre en performance. Ils sont légers, ce qui est bon pour les cas où le poids de la machine est réduit. En outre, ils ont des temps de réponse rapides en raison de la faible quantité d'air nécessaire pour remplir le vérin, ce qui les rend adaptés aux applications à grande vitesse.

Les inconvénients de ce type de vérins sont qu'ils ont généralement une force de sortie inférieure à celle des vérins standard en raison du petit diamètre de leur piston. En outre, ils peuvent avoir une longueur de course limitée, ce qui peut poser un problème dans les situations nécessitant des mouvements plus importants. La conception compacte peut également impliquer qu'ils ne sont pas aussi résistants sous des charges mécaniques élevées.

Applications

• Automatisation et robotique (par exemple, mouvements précis et contrôlés)
• Fabrication d'électronique grand public (par exemple, smartphones et tablettes)
• Machines d'emballage (par exemple, machines de remplissage, de scellage et d'étiquetage à petite échelle)

Cylindres guidés

Caractéristiques

Les cylindres guidés par des tiges, également appelés cylindres à glissière ou cylindres guidés par des tiges, sont conçus pour donner un mouvement linéaire précis et stable en utilisant les tiges de guidage qui sont parallèles à la tige du piston. Ces tiges de guidage, qui sont des aides, rendent la charge plus stable et empêchent les mouvements de rotation. Ainsi, l'alignement est plus précis et les capacités de charge sont améliorées.

Avantages et inconvénients

Les vérins guidés présentent plusieurs avantages. Tout d'abord, ils permettent un mouvement linéaire plus précis, et ils sont plus résistants aux charges latérales et aux forces de torsion. Cela les rend appropriés pour une utilisation dans les cas où le positionnement précis et la manipulation de charges plus lourdes ou irrégulières sont nécessaires, ce qui pourrait être une source d'instabilité pour les vérins standard. En outre, les vérins guidés ont généralement des surfaces d'appui plus longues, ce qui réduit l'usure et augmente la durabilité du système.

Les inconvénients peuvent être l'encombrement plus important des vérins pneumatiques guidés par rapport aux vérins standard, car les composants supplémentaires pour le guidage nécessitent plus d'espace d'installation. La complexité et le coût de ces véhicules peuvent être plus élevés en raison des pièces mécaniques supplémentaires telles que les tiges de guidage et les roulements.

Applications

Industrie de l'emballage (par exemple, remplissage, bouchage et étiquetage）)

Considérations relatives à la conception du vérin pneumatique

La conception du vérin pneumatique est un ensemble d'éléments inclus dans la construction du vérin pneumatique.

Type de cylindre : Le simple effet convient aux applications simples et peu encombrantes qui nécessitent une force dans une seule direction. En outre, le double effet est le meilleur pour le contrôle et la force à la fois pour l'extension et la rétraction, il est donc le meilleur pour les applications robustes.

Matériau : Les aciers inoxydables sont principalement utilisés pour les corps de cylindre et les tiges de piston afin d'éviter la corrosion et de garantir la durabilité.

Taille de l'alésage : Le facteur qui détermine la force produite est celui auquel il est fait référence ici. Plus l'alésage est grand, plus la force qu'il peut supporter est importante.

Longueur de la course : La distance de la charge à déplacer doit être la même que celle du tracteur qui la tire. La longueur idéale est celle qui n'est ni trop longue ni trop courte, mais qui est suffisante pour atteindre l'objectif sans perdre d'espace.

Pression d'air : Doit être compatible avec la pression maximale de fonctionnement du système. Une pression plus élevée permet de faire face à des charges plus importantes.

Coussin réglable : Le rôle principal du piston en fin de course est de réduire l'usure des composants en amortissant le piston.

Température : Les joints et les matériaux doivent pouvoir résister aux températures de fonctionnement.

Exposition : Rejet des produits chimiques ou des particules s'ils sont pertinents.

Opérationnel Environnement: La compatibilité environnementale est une question majeure qui inclut le problème de l'utilisation de joints spéciaux dans des environnements froids ou corrosifs.

Comment choisir le bon cylindre ?

Critères de sélection	Principales considérations
Type de cylindre	Simple effet : Idéal pour les applications de force directionnelle simple.
	Double effet : Convient aux applications nécessitant une force dans les deux sens.
	Sans tige : Permet de gagner de la place tout en conservant la même longueur de course.
	Télescopique : Idéal pour les courses longues dans des espaces compacts.
	Compact : S'intègre dans les petits espaces sans sacrifier la puissance.
Matériaux et construction	Cylindres en acier inoxydable : Préférence pour les environnements difficiles ou les exigences de propreté.
	Amortissement réglable : Réduit l'impact en fin de course, ce qui est bénéfique pour les opérations à grande vitesse.
Taille de l'alésage et longueur de la course	Taille de l'alésage : Plus grand pour plus de force ; correspond à la charge requise.
	Longueur de la course : Correspondre à la distance de mouvement requise ; s'assurer qu'elle correspond à l'espace d'installation.
Pression de fonctionnement et alimentation en air	S'assurer de la compatibilité avec la pression d'air disponible dans le système. Des pressions plus élevées conviennent pour des tâches plus lourdes.
Facteurs environnementaux	Température : Choisissez des vérins dont les joints et les lubrifiants peuvent résister aux températures de fonctionnement.
	Exposition : Envisager des bouteilles avec des revêtements protecteurs si elles doivent être utilisées dans des environnements corrosifs ou poussiéreux.
Exigences en matière de charge et de vitesse	Déterminer la force et la vitesse nécessaires au fonctionnement du vérin. Sélectionnez les spécifications qui correspondent à ces exigences opérationnelles afin de garantir l'efficacité et la durabilité.

Conclusion

À l'avenir, les vérins pneumatiques seront synonymes d'une meilleure précision, d'une plus grande efficacité et d'une plus grande adaptabilité. Ce nouveau développement s'appuiera sur des technologies intelligentes, telles que les capteurs et la connectivité IoT, qui aideront à prévoir les besoins de maintenance et à améliorer l'efficacité opérationnelle. De plus, à mesure que la science des matériaux progresse, les cylindres deviendront plus légers et plus durables, ce qui réduira la consommation d'énergie et prolongera la durée de vie des systèmes pneumatiques. Ces innovations dans les matériaux et les techniques de fabrication amélioreront à la fois les performances et la durabilité. Dirigeant fabricants de cylindres pneumatiques sont à l'avant-garde de ces développements et stimulent l'innovation dans l'industrie. En outre, les améliorations apportées à la technologie des vannes et du traitement de l'air permettront d'accroître encore l'efficacité et la fiabilité des systèmes pneumatiques, garantissant ainsi qu'ils restent un élément clé de l'automatisation industrielle moderne.

Problèmes courants des vérins pneumatiques

Existe-t-il des cylindres pneumatiques qui peuvent être adaptés à des utilisations particulières ?

Oui, les vérins pneumatiques peuvent être adaptés aux besoins spécifiques, ce qui inclut les changements de longueur de course, la taille de l'alésage, les matériaux et les options de montage. Des joints personnalisés, des capteurs et même des positions de port spécialisées peuvent être ajoutés aux environnements opérationnels et aux fonctions uniques pour répondre aux besoins de chaque utilisateur.

Qu'est-ce que la taille de l'alésage et quel est son impact sur les performances d'un vérin pneumatique ?

La taille de l'alésage d'un cylindre pneumatique est le facteur déterminant de sa force de sortie ; plus l'alésage est grand, plus la force peut être générée, car la pression de l'air agit sur une plus grande surface. Néanmoins, les alésages plus grands nécessitent plus d'air comprimé pour se déplacer, ce qui affecte l'efficacité et les coûts d'exploitation.

En quoi les vérins pneumatiques à simple effet et à double effet sont-ils différents ?

Les vérins à simple effet utilisent la pression de l'air pour déplacer le piston dans une direction et un ressort pour le ramener. Ils sont donc les mieux adaptés aux tâches les plus simples qui nécessitent une force dans une seule direction. Les vérins à double effet sont ceux qui utilisent la pression de l'air pour l'extension et la rétraction, offrant ainsi un contrôle et une puissance plus précis pour les opérations complexes ou lourdes.