Теоретическая сила и сила в движении
Для цилиндра с одним штоком Aп=πD²/4 и Aк=π(D²−d²)/4. При выдвижении Fг=pA·Aп−pB·Aк, при втягивании Fг=pB·Aк−pA·Aп. Давления здесь избыточные относительно среды у наружного торца штока, обычно атмосферы. Каталожное p·A соответствует заданному давлению в питаемой камере и нулевому избыточному давлению в противоположной. Это теоретическая сила, а не гарантированная сила на нагрузке во всём цикле.
Пневматическое давление изменяется при заполнении камеры. Регулятор может показывать нужное значение без движения, но клапан, трубки и соединения ограничивают поток, поэтому давление у цилиндра во время хода падает. Дросселирование выхлопа и глушитель повышают противодавление. Воздушная подушка в конце хода специально создаёт тормозящую силу. Усилие в момент касания и после выдержки поэтому могут различаться.
| Результат | Модель | Ограничение |
|---|---|---|
| Каталожная сила | p·A | Теоретический статический ориентир |
| Сила давления | Баланс обеих камер | Нужны давления в нужный момент |
| Полезная сила | Fг−Fтр | Трение пуска отличается от движения |
| Сила для разгона | Fнагрузки+ma | Требует известной массы и ускорения |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Условный расчёт 63/20 мм
При D=63 мм площадь поршня равна 3117,25 мм². Давление 0,60 МПа(g) при свободном выхлопе даёт 1870,35 Н, или 1,870 кН. Если условно оценить механический КПД как 0,85, исходный ориентир полезной силы будет 1589,80 Н. Коэффициент не является характеристикой всех пневмоцилиндров и не заменяет измерение.
Теперь пусть при движении pA=0,50 МПа(g), pB=0,10 МПа(g), d=20 мм. Кольцевая площадь равна 2803,09 мм², сила давления двух камер — 1278,31 Н. Если отдельно задано трение 100 Н, доступно 1178,31 Н. Здесь не применяют дополнительно коэффициент 0,85: иначе трение оказалось бы учтено дважды. Для массы 20 кг и ускорения 2 м/с² дополнительно требуется 40 Н, так что на сопротивление процесса остаётся 1138,31 Н, если остальные силы уже учтены.
Нагрузочный коэффициент не равен КПД
В методике SMC нагрузочный коэффициент описывает отношение требуемой нагрузки к теоретической силе и помогает выбрать размер под конкретный характер движения. Это резерв для работоспособности и динамики, а не измеренная доля потерь уплотнения. Его нельзя произвольно перемножать с механическим КПД и выдавать результат за универсальный запас. Для горизонтальной направляемой массы и вертикального подъёма нагрузка и требования различаются.
Для пружинного цилиндра учитывают возвратную пружину и зависимость её силы от положения. Для двухштоковой конструкции площади рассчитывают по её геометрии. При втягивании одностороннего штока площадь меньше, поэтому одинаковое питающее давление не означает одинаковое усилие в обоих направлениях. Особенности конструкции уточняют по паспорту, а не по одной формуле для круглого поршня.
Что измерять и проверять
Измеряют оба давления у цилиндра, положение и скорость, сопоставляют пуск, рабочий участок и остановку. Проверяют клапан по требуемому мгновенному расходу, а не только по среднему потреблению воздуха. Увеличение давления сети может повысить силу, но ограничено паспортом цилиндра, арматуры и процессом. Отдельно проверяют боковую нагрузку, устойчивость штока, крепления и энергию торможения. Для вертикальной оси наличие давления и расчёт p·A сами по себе не подтверждают безопасное удержание при потере подачи.
Применение в Fits Calc
Сохраняйте исходные размеры, давления, режим и допущения вместе с результатом. Для согласования расчёта и контроля доступны разделы для конструктора, для метролога и ОТК и для предприятия. Параметры конкретного цилиндра подтверждайте его паспортом.