1. Slon5.at
  2. Пневмоприводы
  3. Подбор пневмоцилиндра по усилию

Slon5: подбор пневмоцилиндра по усилию

1178Н

Столько теоретически толкает шток цилиндра Ø50 мм при 6 бар: площадь 1963 мм² × 0,6 Н/мм².

Трение уплотнений, разгон груза и просадка давления в линии это число уменьшают. Поэтому каталожное усилие берут с запасом от 1,2 до 2 раз, а диаметр округляют вверх по ряду.

Калькулятор Slon5: диаметр поршня по усилию

Н
Ø63 мм
Минимум по расчёту
—
Прямой ход при этом давлении
—
Обратный ход (шток —)
—
Фактический запас
—

Комплект к пневмоцилиндру Ø63

Крепление корпуса

    Формула усилия пневмоцилиндра: прямой и обратный ход

    Усилие на штоке равно площади поршня, умноженной на давление воздуха. Трение в эту формулу не входит, поэтому число называют теоретическим.

    На выдвижении воздух давит на весь круг поршня: F = (π/4)·D²·p. На втягивании часть круга занимает шток, и рабочая площадь становится кольцом: F = (π/4)·(D² − d²)·p. Если D и d в миллиметрах, а p в барах, результат в ньютонах получается делением на 10: десять бар — это ровно 1 Н/мм².

    F [Н] = 0,0785 · D² [мм²] · p [бар]
    Разрез пневмоцилиндра: поршневая и штоковая полости, диаметр поршня D, диаметр штока d D d, F поршневая полость штоковая полость p · (D² − d²) p · D²

    Пневмоцилиндр одностороннего действия и коэффициент нагрузки

    У цилиндра с пружинным возвратом из прямого хода вычитают усилие пружины в конце хода: там она сжата сильнее всего. Отдельные справочники добавляют множитель h: 0,7 при постоянной нагрузке и 1 при знакопеременной. Трактовка h в источниках расходится, поэтому в калькуляторе Slon5 он заменён явным запасом, который виден в результате.

    Запас по усилию при подборе пневмоцилиндра

    Теоретическое усилие должно превышать требуемое. Во сколько раз — зависит от того, насколько честно посчитана нагрузка и как быстро движется шток.

    Вторая шкала из отраслевых статей даёт +25, +50 и +100 % для высокой, низкой и минимальной скорости. Она противоречит первой в части быстрого хода, поэтому для скоростных машин берите большее из двух значений.

    • Все силы учтены: трение, инерция, внешние потери× 1,2
    • Медленный ход: пресс, прижимная балка, фиксатор× 1,5
    • Быстрый ход: упаковочный автомат, перекладчик× 2,0
    • Просадка давления при росте объёма полости до 20 % уносит примерно−10 %
    • Типовое давление в цеховой сети5–10 бар

    Таблица усилий Slon5: пневмоцилиндры Ø20–125 при 4, 6 и 8 бар

    Теоретическое усилие в ньютонах, без трения. Диаметр штока — типовой для ряда ISO 6432 (Ø20–25) и ISO 15552 (Ø32–125); у конкретной серии он может отличаться, сверяйте по паспорту.

    Усилие прямого и обратного хода пневмоцилиндра в зависимости от диаметра и давления
    Ø поршня / штока, мм4 бар, прямой4 бар, обратный6 бар, прямой6 бар, обратный8 бар, прямой8 бар, обратный
    20 / 8126106188158251211
    25 / 10196165295247393330
    32 / 12322276483415643553
    40 / 165034227546331005844
    50 / 20785660117899015711319
    63 / 20124711211870168224942242
    80 / 25201118143016272140213629
    100 / 25314229454712441862835890
    125 / 32490945877363688198179174

    Шток пневмоцилиндра и сжатый воздух: где остановиться

    • Шток Ø63 при 6 бар давит почти на 1900 Н — это около 190 кгс. Руку в зоне хода он не заметит.
    • Не поднимайте давление выше паспортного: у профильных серий ISO 15552 это обычно 10 бар.
    • Перед заменой цилиндра или фитинга сбросьте давление и в линии, и в самих полостях.
    • Вертикальный груз при падении давления опустится. Нужен блокирующий клапан или тормоз штока.

    Если цилиндр держит груз над людьми, работает в зоне оператора или прессует, одного расчёта усилия мало. Схему защиты делает проектировщик пневмосистемы по требованиям ISO 4414.

    Здесь остановитесь и позовите проектировщика

    Примеры расчёта пневмоцилиндра по усилию

    Три задачи, которые чаще всего приходят в расчёт: прижим, подъём и втягивание.

    Прижим детали, 900 Н

    Ø63

    6 бар, медленный ход, запас 1,5: нужно 1350 Н. Минимум по формуле — 53,5 мм. Ø50 даёт только 1178 Н, поэтому берём Ø63 с 1870 Н.

    Подъём груза 40 кг

    Ø50

    Вес 392 Н, быстрый вертикальный ход, запас 2: нужно 785 Н. Ø40 даёт 754 Н — не хватает. Ø50 даёт 1178 Н. При 0,5 м/с энергия удара 5 Дж против допустимого 1 Дж — нужно регулируемое демпфирование.

    Втягивание, 500 Н

    Ø50

    5 бар, запас 1,2: нужно 600 Н на обратном ходе. Ø40 со штоком 16 даёт 528 Н. Ø50 со штоком 20 — 825 Н. Шток съел здесь целый шаг ряда.

    После усилия: шток, изгиб, удар и расход воздуха

    Диаметр по усилию — только первый шаг. Бывает, что из-за тонкого штока или слабого демпфирования поршень приходится увеличивать ещё на один-два размера.

    1. Устойчивость штока

      Нужна, когда ход больше 10 диаметров поршня. Считают по Эйлеру с запасом 5 или по номограмме производителя. Ø50/20 с ходом 500 мм держит 800 Н, а при ходе 1000 мм или нагрузке 3000 Н шток теряет устойчивость.

    2. Изгиб штока боковой нагрузкой

      Худший случай — сила на конце полностью выдвинутого штока. Груз 15 кг на Ø50 с ходом 160 мм даёт 147 Н сбоку и перегружает шток: нужен Ø80 или внешние направляющие.

    3. Энергия удара и демпфирование

      E = m·v²/2 с массой поршня и штока. Если результат выше допустимого (Ø32 — 0,4 Дж, Ø50 — 1 Дж, Ø100 — 2,5 Дж), упругих буферов мало, ставят регулируемое пневматическое демпфирование или амортизатор.

    4. Расход воздуха за цикл

      Ø50 × 500 мм при 5 бар потребляет около 8,25 нл за выдвижение и втягивание. По этому числу подбирают блок подготовки и распределитель, а у больших цилиндров добавляют «мёртвые» объёмы шлангов.

    Ошибки в расчёте усилия пневмоцилиндра

    Собраны из разборов подбора и жалоб наладчиков: цилиндр «не дожимает», шток гнётся, воздуха не хватает на весь цех.

    m·g удерживает груз, но не разгоняет его. Для подъёма нужна m·(g + a), а пиковая скорость на практике на 20–30 % выше средней.

    Справка Slon5 по типоразмерам пневмоцилиндров ISO 15552

    Типовые значения ряда. Резьба штока и порт определяют ответную часть: вилку, фитинг, трубку.

    Ø32

    Шток
    12 мм
    Резьба
    M10×1,25
    Порт
    G1/8
    Демпфер
    19–21 мм
    E доп.
    0,4 Дж

    Ø40

    Шток
    16 мм
    Резьба
    M12×1,25
    Порт
    G1/4
    Демпфер
    19–21 мм
    E доп.
    0,7 Дж

    Ø50

    Шток
    20 мм
    Резьба
    M16×1,5
    Порт
    G1/4
    Демпфер
    22–23 мм
    E доп.
    1,0 Дж

    Ø63

    Шток
    20 мм
    Резьба
    M16×1,5
    Порт
    G3/8
    Демпфер
    22–23 мм
    E доп.
    1,3 Дж

    Ø80

    Шток
    25 мм
    Резьба
    M20×1,5
    Порт
    G3/8
    Демпфер
    30–32 мм
    E доп.
    1,8 Дж

    Ø100

    Шток
    25 мм
    Резьба
    M20×1,5
    Порт
    G1/2
    Демпфер
    30–32 мм
    E доп.
    2,5 Дж

    Ø125

    Шток
    32 мм
    Резьба
    M27×2
    Порт
    G1/2
    Демпфер
    40–46 мм
    E доп.
    3,3 Дж

    Вопросы о подборе пневмоцилиндра по усилию — отвечает Slon5

    Почему калькулятор Slon5 советует диаметр больше расчётного?

    Расчётный диаметр почти никогда не совпадает с рядом 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125 мм. Калькулятор округляет вверх до ближайшего стандартного, поэтому фактическое усилие всегда выше требуемого.

    Какой запас по усилию закладывать при подборе пневмоцилиндра?

    1,2 — если трение и инерция уже посчитаны; 1,5 — для медленных прессов и прижимов; 2 — для быстрых механизмов вроде упаковочных автоматов.

    Как пересчитать бары в усилие без калькулятора Slon5 at?

    Площадь поршня в мм² умножьте на давление в барах и разделите на 10: 10 бар равны 1 Н/мм². Ø50 мм — это 1963 мм², при 6 бар получается около 1178 Н.

    Чем обратный ход пневмоцилиндра слабее прямого?

    На втягивании шток занимает часть площади поршня. У Ø32 со штоком 12 мм при 6 бар это 483 Н на выдвижении и 415 Н на втягивании.

    Считает ли Slon5at цилиндр одностороннего действия?

    Считайте как двусторонний на прямой ход и вычтите усилие пружины в конце хода из каталога. Пружина сжимается сильнее к концу хода, поэтому в крайней точке запас минимален.

    Когда после расчёта усилия нужна проверка штока?

    Если ход больше десяти диаметров поршня, шток проверяют на устойчивость по Эйлеру с запасом 5. При боковой нагрузке добавляют проверку на изгиб, при быстром ходе — энергию удара.