Qu'est-ce qu'un vérin pneumatique ? Un guide complet

Qu'est-ce qu'un vérin pneumatique ?

Le vérin pneumatique est un dispositif mécanique qui fonctionne en convertissant l'énergie de l'air comprimé en mouvement linéaire. Il s'agit d'un type d'actionneur pneumatique qui est actionné par la force de l'air sous pression et qui est utilisé pour déplacer le piston d'avant en arrière à l'intérieur d'un cylindre. Le cylindre est relié à une tige de piston, qui sert à transformer le mouvement linéaire en fonction de l'application ou du mécanisme requis.

Les cylindres pneumatiques sont largement utilisés dans diverses industries, car ils sont capables d'effectuer de nombreuses tâches nécessitant un mouvement linéaire et une force contrôlés. Ils sont largement utilisés dans les systèmes d'automatisation industrielle, les processus de fabrication, les équipements de manutention, les machines d'emballage et d'autres domaines. Les vérins pneumatiques sont simples, fiables, peu coûteux et efficaces. Ces caractéristiques en font une option appropriée pour un certain nombre d'environnements industriels où un contrôle précis des mouvements linéaires est nécessaire.

Principaux composants des vérins pneumatiques

Un vérin pneumatique est un dispositif mécanique très précis qui comporte plusieurs composants clés, chacun d'entre eux étant conçu pour convertir l'énergie de l'air comprimé en mouvement linéaire. Examinons ces composants en détail :

• Cylindre Tonneau: Le cylindre est la partie principale qui contient les composants internes. Il est généralement fabriqué dans des matériaux très résistants tels que les alliages d'aluminium ou l'acier inoxydable, afin de pouvoir résister à la pression élevée créée par l'air comprimé. L'intérieur du cylindre est usiné avec précision pour produire une trajectoire de guidage lisse et à faible frottement, le long de laquelle le piston glisse linéairement.
• Piston: Le piston est un élément en forme de disque qui forme les deux chambres à l'intérieur du cylindre. Lorsque l'air est comprimé et introduit dans l'une des chambres, il génère une pression qui propulse le piston en ligne droite. Le diamètre et la surface du piston sont les facteurs qui déterminent la force exercée par le cylindre.
• Tige de piston: La tige de piston est une pièce cylindrique solide qui traverse le cylindre et est reliée au piston. Le rôle principal du vilebrequin est de transformer le mouvement de rotation produit par le mouvement du piston en un mouvement linéaire du mécanisme externe ou de l'application. En général, les tiges de piston sont fabriquées en acier allié trempé ou en acier inoxydable afin de pouvoir supporter les charges et les contraintes élevées qui sont générées.
• Fin Casquettes: Les embouts situés aux deux extrémités du barillet servent d'éléments d'étanchéité et d'orifices pour l'admission et l'échappement de l'air comprimé. Elles sont usinées avec des tolérances exactes pour accueillir divers joints, roulements et composants d'amortissement. Les culasses sont généralement fabriquées dans un matériau robuste tel que l'alliage d'aluminium ou la fonte et sont solidement fixées au cylindre à l'aide de tirants ou de boulons.
• Barres d'accouplement: Dans la grande majorité des conceptions de vérins pneumatiques, des tirants sont utilisés pour maintenir fermement les embouts et pour donner à l'ensemble la résistance nécessaire pour supporter des pressions élevées. Les tiges sont vissées et courent parallèlement le long du corps du vérin. Elles sont serrées par des écrous ou d'autres dispositifs de fixation, ce qui permet d'obtenir une liaison solide et sûre.
• Joints et paliers: Le vérin pneumatique est équipé d'un certain nombre de joints et de roulements afin de réduire au minimum les fuites d'air et d'assurer un fonctionnement sans heurts. Les joints de piston, placés entre le piston et le cylindre, assurent l'étanchéité, tandis que les joints de tige empêchent l'air de s'échapper autour de la tige du piston. Les roulements, généralement fabriqués dans des matériaux à faible friction tels que le bronze ou des matériaux composites spéciaux, assurent un mouvement linéaire régulier et minimisent l'usure de la tige de piston et du cylindre.
• Mécanismes d'amortissement: En fin de course du piston, les systèmes d'amortissement sont mis en service pour ralentir le mouvement et protéger les embouts de l'impact. Il peut s'agir de différents mécanismes, tels que des coussins pneumatiques, des amortisseurs ou des pare-chocs en élastomère, et ils contribuent à réduire le bruit et les vibrations, ainsi que les dommages causés aux composants du cylindre.
• Détection de position: En général, la plupart des vérins pneumatiques sont dotés de systèmes de détection de position, qui sont réalisés à l'aide de commutateurs Reed ou de capteurs à effet Hall. Ces capteurs sont utilisés pour détecter la position linéaire du piston à l'intérieur du cylindre. Ce type de retour d'information est important pour le contrôle précis des mouvements et le positionnement des systèmes automatisés.

En comprenant les fonctions et les caractéristiques de conception des principaux composants, les fabricants peuvent améliorer les performances, la durabilité et la fiabilité des vérins pneumatiques pour les applications industrielles et les différents environnements de fonctionnement.

Comment fonctionne un vérin pneumatique ?

Comprendre Comment fonctionne un cylindre pneumatique ? est essentiel pour comprendre les opérations de base de ces dispositifs. Le principe de fonctionnement des vérins pneumatiques consiste à remplir d'air le corps du vérin et à le retirer ensuite. Il existe deux types principaux de vérins pneumatiques : un mécanisme simple et un mécanisme à double effet.

Un vérin pneumatique à simple effet est rempli d'air comprimé à une extrémité du corps du vérin, ce qui pousse le piston et la tige de piston dans une direction. Un ressort mécanique ou une autre force est ensuite utilisé pour déplacer le piston de sa position initiale vers l'arrière. Ces tiges sont destinées à être utilisées dans des scénarios où la force n'est qu'unidimensionnelle et dans une seule direction.

Cependant, les vérins pneumatiques à double effet peuvent également fournir un mouvement biaxial en fournissant de l'air comprimé aux deux extrémités du corps du vérin. L'air est comprimé dans le piston et la tige de piston qui se déplacent dans la même direction que le flux d'air. L'air se trouvant de l'autre côté est expulsé. Le piston se déplace dans un sens et dans l'autre en modifiant le flux d'air entre les deux extrémités. Il s'agit de la tendance inverse du mouvement précédent.

La longueur de la course du vérin pneumatique, la vitesse et la force produite sont déterminées par plusieurs facteurs. Il s'agit notamment de la taille de l'alésage du cylindre, de la surface du piston, de la pression de l'air comprimé et de la charge à déplacer.

Applications des vérins pneumatiques

Les cylindres pneumatiques sont l'un des composants les plus courants dans les industries en raison de leur simplicité, de leur fiabilité et de leur rentabilité.

• Automatisation industrielle: Les vérins pneumatiques, qui constituent les actionneurs, sont très utilisés dans les processus de fabrication automatisés, par exemple dans les processus de prélèvement et de placement, la manutention des matériaux et les chaînes d'assemblage.
• Machines d'emballage: Ils sont les principaux acteurs de l'équipement d'emballage qu'ils réalisent en exécutant les tâches de positionnement, de serrage et de scellage.
• Industrie automobile : Les cylindres pneumatiques ont trouvé leur application dans l'industrie automobile dans de nombreux domaines, par exemple les systèmes de freinage, les systèmes de suspension et les actionneurs.
• Industrie alimentaire et des boissons: La principale raison pour laquelle les vérins pneumatiques sont utilisés dans les outils de transformation et d'emballage des aliments est qu'ils sont propres et faciles à gérer.
• Robotique et automatisation: Les vérins pneumatiques sont parmi les outils les plus utilisés dans les systèmes robotiques et les machines d'automatisation pour assurer un contrôle précis des mouvements.

Les cylindres pneumatiques se sont révélés suffisamment polyvalents pour produire un mouvement linéaire et une force qui peuvent être contrôlés. Cela leur a permis de devenir une partie intégrante de toutes les industries et applications.

Types de vérins pneumatiques

Les vérins pneumatiques sont disponibles en différentes variétés pour répondre aux besoins de l'application. Parmi les types les plus courants, on peut citer

Vérins à simple effet

Les vérins à simple effet sont conçus pour se déplacer dans une seule direction à l'aide d'air comprimé. Un ressort mécanique ou une force externe est utilisé pour repousser le piston et les tiges de piston dans leur position initiale. Ces vérins sont parfaits pour les situations où la force linéaire est requise dans une seule direction, par exemple pour les opérations de serrage, de pression ou d'éjection.

Cylindres à double effet

Un vérin à double effet produit un mouvement linéaire bidirectionnel en libérant de l'air comprimé aux deux extrémités du corps du vérin. L'air comprimé est fourni alternativement aux extrémités avant et arrière du cylindre, le piston et la tige de piston sont poussés dans des directions opposées. Cette conception présente deux caractéristiques principales : une capacité de force accrue, une plus grande longueur de course et un contrôle précis dans les deux directions.

Cylindres sans tige

Les vérins sans tige, également connus sous le nom de vérins sans cylindre, offrent une construction sans tige qui supprime le besoin d'une tige de piston saillante. En revanche, le piston est directement lié au chariot qui est positionné au-dessus du corps du vérin et qui supporte la charge. Cette conception réduite permet aux vérins sans tige d'être utilisés dans des opérations où l'espace est limité, comme la manutention ou l'emballage.

Cylindres compacts

Les vérins compacts sont conçus pour les applications où l'espace est une préoccupation majeure. Les vérins peuvent maintenir les capacités de force et de course requises tout en ayant un encombrement réduit. Ils constituent donc le meilleur choix pour les intégrer dans des machines peu encombrantes ou compactes. Les vérins ayant une course plus courte sont généralement utilisés dans les vérins compacts.

Actionneurs rotatifs

Bien qu'il ne s'agisse pas à proprement parler de cylindres, les actionneurs rotatifs sont des dispositifs pneumatiques qui transforment le mouvement linéaire en mouvement rotatif. Ils sont constitués d'un assemblage de pistons, qui est relié à une crémaillère ou à un mécanisme à palettes, convertissant le mouvement linéaire du piston en mouvement rotatif. Les actionneurs rotatifs sont utilisés pour l'actionnement de vannes, les tâches de positionnement et d'autres cas qui exigent un mouvement rotatif contrôlé.

Cylindres guidés

Les vérins guidés, également connus sous le nom de vérins à glissière linéaire, possèdent des composants de guidage supplémentaires afin de fournir un mouvement linéaire stable et de haute précision. Ces vérins ont une tige de piston qui est supportée par des roulements linéaires ou des tiges de guidage et qui est empêchée de se déplacer latéralement ou de se plier en cours de fonctionnement. Les vérins guidés sont largement utilisés dans les applications lourdes, de haute précision ou à longue course, notamment dans les machines de précision, la robotique ou les systèmes de manutention. Le mécanisme de guidage qui a été ajouté aide à l'alignement de la tige du piston, réduisant ainsi l'usure et conduisant à une augmentation de la durée de vie du vérin.

Cylindres télescopiques

Les vérins télescopiques sont destinés à donner des longueurs de course supérieures à l'espace rétracté. Ces dispositifs sont constitués de plusieurs tubes concentriques qui se télescopent lorsqu'une pression d'air est appliquée. Les vérins télescopiques sont fréquemment utilisés dans les applications de manutention, d'emballage ou de positionnement où de grandes longueurs de course sont nécessaires mais où l'espace est limité.

Voici un tableau clair :

Normes et spécifications des vérins pneumatiques

Afin de garantir l'interopérabilité et des performances constantes, les vérins pneumatiques sont fabriqués selon diverses normes et spécifications industrielles. Parmi les normes les plus courantes, on peut citer

• ISO 6432: Cette norme spécifie les dimensions et les caractéristiques de performance des vérins pneumatiques à une tige dont l'alésage est compris entre 8 mm et 25 mm et dont la pression de service est inférieure ou égale à 10 bars.
• ISO 15552: La norme couvre les vérins pneumatiques à une ou deux tiges, avec des alésages allant de 32 mm à 320 mm et une pression de fonctionnement maximale de 10 bars.
• ISO 21287: La présente norme s'applique aux bouteilles d'air comprimé à une tige dont l'alésage est compris entre 20 et 100 mm et dont la pression de service maximale est de 10 bar.

Le respect de ces normes industrielles garantit le même niveau de performance, la possibilité de mélanger des pièces de différents fabricants et la possibilité de monter des accessoires et des périphériques.

Montage des vérins pneumatiques et accessoires

Le montage correct des vérins et l'utilisation des outils appropriés sont les facteurs critiques pour que les vérins pneumatiques fonctionnent de manière sûre et efficace. Différentes options de montage sont disponibles, notamment

Vous pouvez facilement choisir parmi les nombreuses options de montage :

• Montage du tirant: Ce type de montage est réalisé à l'aide de tiges d'attache qui passent par-dessus les embouts. Il permet de fixer solidement le vérin sur une surface ou une pièce de machine.
• Montage de la bride: Le système de fixation à deux points de cette configuration est réalisé en reliant l'embout à une bride, de sorte que le montage est sûr et que la force est transmise sans problème.
• Montage du pivot: Les supports pivotants permettent de légers désalignements ou écarts par rapport à la trajectoire, ce qui réduit la contrainte de flexion sur la tige de piston.

Outre les options de montage, divers accessoires sont disponibles pour améliorer la fonctionnalité et les performances des vérins pneumatiques, tels que:En outre, une variété d'accessoires est également proposée pour améliorer la performance et la fonctionnalité des vérins pneumatiques, tels que :

• Capteurs de position: Les capteurs, généralement des interrupteurs Reed ou des capteurs à effet Hall, détectent la position du piston à l'intérieur du cylindre, ce qui permet un contrôle précis du mouvement.
• Dispositifs d'amortissement: Les dispositifs de décélération de la vitesse des pistons, tels que les coussins pneumatiques réglables, les amortisseurs, etc. sont destinés à réduire l'impact et le bruit en fin de course.
• Préhenseurs pneumatiques: Un grand nombre de ces robots sont programmés pour effectuer des opérations de prélèvement et de placement et des tâches de manutention, et ces tâches sont souvent combinées avec des pinces et des cylindres pneumatiques.

Le type de montage et tous les accessoires nécessaires, tels que l'installation, le réglage et les performances des vérins pneumatiques dans différentes applications, revêtent une grande importance.

Comment choisir les bons vérins pneumatiques ?

Choisir le vérin pneumatique qui répondra parfaitement aux exigences spécifiques d'une application n'est pas une tâche facile, car de nombreuses questions fondamentales doivent être prises en compte pour obtenir les meilleures performances, la meilleure fiabilité et le meilleur rapport coût-efficacité. Voici quelques éléments clés à prendre en compte :

• Besoins en forces: Déterminer la force nécessaire pour déplacer la charge et les facteurs tels que le poids, le frottement et l'accélération. Par exemple, la force nécessaire pour l'application de manutention peut dépendre du poids de l'objet à déplacer, du coefficient de frottement entre l'objet et la surface, et de l'accélération nécessaire pour déplacer l'objet en douceur.
• Longueur de la course: Tenez compte d'une distance de déplacement linéaire pour l'application et choisissez un vérin avec une longueur de course appropriée. Pour l'emballage, la longueur de course doit être modifiée en fonction de la taille du produit ou de la distance entre les différentes stations.
• Pression de fonctionnement: Assurez-vous que la pression de fonctionnement nominale de la bouteille est la même que la pression d'air comprimé disponible du système auquel vous vous connectez. La plupart des systèmes industriels pneumatiques fonctionnent à une pression comprise entre 6 et 10 bars (87-145 psi). Par conséquent, le choix d'une bouteille compatible avec cette pression de système est primordial pour obtenir les meilleures performances.
• Style de montage: Tenez compte de l'espace dont vous disposez et des besoins de montage et décidez du style de montage qui convient le mieux. Par exemple, le montage par tirant, par bride ou par pivot. Les vérins miniaturisés ou sans tige avec montage à bride peuvent être préférés dans les espaces confinés, et les montages à pivot sont également disponibles pour les applications présentant un léger désalignement.
• Environnement Conditions: Déterminer les conditions de fonctionnement, y compris la température, l'humidité et les contaminants éventuels, afin de choisir des bouteilles dont les matériaux et les revêtements sont appropriés. Dans les environnements sévères, il peut être nécessaire d'utiliser des bouteilles en acier inoxydable ou des bouteilles avec des revêtements spéciaux pour éviter la corrosion ou l'usure précoce.
• Vitesse et précision du positionnement: Identifier les exigences de vitesse et de précision de positionnement pour l'application en question, car cela déterminera la taille du cylindre, les mécanismes d'amortissement et les capteurs de position. Les applications à grande vitesse ou celles qui nécessitent une position fixe peuvent nécessiter un alésage plus grand, un amortissement réglable et des capteurs pour le retour d'information sur la position.
• Normes industrielles et Compatibilité: Il est nécessaire de vérifier que le cylindre que vous choisissez répond aux normes de l'industrie et qu'il est compatible avec l'équipement, les accessoires et les composants de montage existants. Les normes communes telles que ISO 6432, ISO 15552 et ISO 21287, qui garantissent l'interopérabilité et la simplicité d'intégration, sont celles qui sont utilisées.

En tenant compte de ces facteurs et en consultant des professionnels ou des fabricants de vérins pneumatiques, vous pouvez choisir le vérin pneumatique le mieux adapté à votre cas particulier, qui garantira une efficacité, une fiabilité et une rentabilité maximales.

Conclusion

Dans l'ère actuelle des systèmes industriels et de fabrication automatisés, les vérins pneumatiques sont les composants fondamentaux qui permettent de convertir l'air comprimé en mouvement linéaire avec une grande précision et à moindre coût. Le guide explique les principes de base, les principaux composants, les différents types et les caractéristiques des vérins pneumatiques qui doivent être pris en compte lors de leur choix et de leur utilisation dans différentes applications. Les ingénieurs et les professionnels peuvent tirer parti de ces outils aux multiples facettes non seulement pour améliorer l'efficacité et la productivité, mais aussi pour créer de nouvelles innovations dans leurs domaines de travail respectifs.

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FAQ

Quelle est la différence entre les vérins pneumatiques et les vérins hydrauliques ?

Le vérin pneumatique utilise de l'air comprimé pour générer une force et un mouvement, tandis que le vérin hydraulique utilise un fluide sous pression. Les vérins pneumatiques sont en général légers, propres et donc plus adaptés aux applications qui nécessitent moins de force, par exemple l'emballage ou la manutention. Les vérins hydrauliques, en revanche, sont capables de produire une force plus importante et sont généralement utilisés dans des applications lourdes, telles que les équipements de construction ou les presses industrielles.

En quoi un vérin pneumatique à une tige diffère-t-il d'un vérin à deux tiges (à tige traversante) ?

Dans un cylindre pneumatique (à air) à simple effet, la tige de piston est fixée d'un côté du piston, alors que dans un cylindre à double effet (à tige traversante), la tige de piston s'étend des deux côtés du piston. Les tiges de piston des vérins à double tige sont capables d'une force et d'une vitesse égales dans les courses d'extension et de rétraction, puisque la surface de la tige de piston est prise en compte à la fois du côté éloigné et du côté proche du piston.

À quoi servent les butoirs ou les amortisseurs en caoutchouc dans les cylindres pneumatiques ?

Les pare-chocs en caoutchouc ou les mécanismes d'amortissement sont utilisés pour ralentir le mouvement du piston en fin de course, réduisant ainsi l'impact et protégeant le piston et les composants du cylindre de tout dommage. L'amortissement est utilisé pour réduire le bruit, les vibrations et le rebond du piston, ce qui permet d'obtenir un fonctionnement doux et contrôlé.

Quelles sont les normes ISO pour les vérins pneumatiques et pourquoi sont-elles importantes ?

Les normes ISO, telles que ISO 6432, ISO 15552 et ISO 21287, sont celles qui décrivent les dimensions, les caractéristiques de performance et les spécifications de montage des vérins pneumatiques. Le respect de ces normes garantit l'existence d'une base commune pour l'interchangeabilité, la compatibilité des accessoires de montage et l'intégration harmonieuse du dispositif avec d'autres composants provenant de différents fabricants.

Quels sont les facteurs à prendre en compte lors du choix des dimensions de montage d'un vérin pneumatique ?

Les facteurs à prendre en compte lors du choix des dimensions de montage sont les contraintes d'espace disponible, la longueur de course requise, la force et la stabilité nécessaires et la compatibilité avec les accessoires de montage ou les machines-outils existants. C'est le montage qui doit être effectué correctement pour que le vérin pneumatique fonctionne correctement et de manière fiable.

Comment la force opposée du ressort dans les cylindres à simple effet affecte-t-elle leurs performances ?

Dans les vérins pneumatiques à simple effet, la force du ressort du côté opposé s'oppose à la force produite par l'air comprimé pendant la course d'extension. Cela conduit à une force de sortie plus faible sur la tige de poussée par rapport à la course de rétraction où la force du ressort contribue au mouvement. D'autre part, la longueur de la course est limitée par la longueur du ressort qui est comprimé.