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< Cylinder의 힘(Power)계산과 공기 소모량 >
1) Piston식 Cylinder Power의 계산
이론적인 힘 (Fth : N) = 유효 피스톤 면적 (A : m²) x 작동압력 (P : kPa.10의5승 N/m²)
실제의 힘 (마찰조건과 압력범위, 작업조건을 고려한)
- 단동시린더 Fn = A x P - ( Fr + Ff )
- 복동시린더 (전진운동) Fn = A x P - Fr
- 복동시린더 (후진운동) Fn = A' x P - Fr
여기서 Fn : 유효피스톤 힘 (N)
A : 유효피스톤 면적 (m²) = D2/4
A' : 유효피스톤 링의 면적 (m²) = 3.14/4 (D² - d²)
P : 작동압력 ( kPa.10의5승 N/m²)
Fr : 마찰력 (3 ~ 20%) (N)
Ff : 내장된 스프링의 힘 (N)
D : 시린더 직경 (mm)
d : 피스톤 로드 직경 (mm)
(예제) D = 50 mm, d = 12 mm, A = 19.625 cm², A'= 18/5 cm², Fr = 10 % 일 때에 시린더의 힘 "Fn"을 구하라?.
(풀이)
- 피스톤 면적 A = 3.14/4 x D² = 3.14/4 x 5 cm x 5 cm = 19.625 cm²
- 피스톤 링 면적 A = 3.14/4 x (D² - d²) = 3.14/4 x (25cm² x 1.44cm² )= 18.5 cm²
- 전진운동시의 이론적인 힘 Fth = A x P = 19.625 x 10의 -4승 m² x 6 x 10의 5승 N/m² = 1177.5 N
(즉 : 마찰력 10%임으로 Fr = 117.75 N 이 된다.
- 전진운동시의 유효 피스톤의 힘 Fn = A x P - Fr = 1177.5 - 117.75 ≒ 1060 N
- 후진운동시의 이론적인 힘 Fth = A' x P = 18.5 x 10의 -4승 m² x 6 x 10의 5승 N/m² ≒ 1110 N
(즉 : 마찰력 10%임으로 111N 이 된다)
- 후진운동시의 유효 피스톤의 힘 Fn = A' x P - Fr = 999 N
2) Piston식 Cylinder의 공기 소모량 계산
- 단동 시린더 공기 소모량 계산식 : V = s x n x d/4 x 압축비 ( ℓ /min )
- 복동 시린더 공기 소모량 계산식 : V =｛(S x D2/4) + (S x D2- d2/4) ｝x n x 압축비 ( ℓ /min )
여기서 V : 공기량 ( ℓ /min)
S : 행정거리 (cm)
n : 1분당의 행정수
(예제) 실린더 내경 : 50 mmΦ, 행정거리 100 mm, 복동실린더, 로드직경 12 mmΦ, 분당행정수 10,
작동압력 600 kPa이다. 이시린더의 공기소모량은 얼마인가?
(풀이)
- 압축비 : (101.3 kPa + 600 kPa) / 101.3 kPa = 6.9
- 공기 소모량 :
V =｛ S x D2/4 + S x (D2 -d2/4) ｝x n x 압축비
V =｛ 10 mm x (25 cm x 2 ) /4 ｝+ ｛10 cm x (25 cm - 1.44 cm² x 2) /4 x 3.14｝x
10 min의 -1승 x 6.9 (압축비) = 196.25 cm³ + 184.94 cm³ x 69 = 26302.8 cm³/ min = V = 26.3 ( ℓ /min)
3) Cylinder의 행정거리에 대한 상식
- 공압실린더의 행정거리는 2000mm를 넘어서는 안된다. 실린더 직경이 크고 행정거리가 크게 되면
너무 많은 공기를 소비하게 되어 비경제적이다.
행정거리가 크게되면 피스톤 로드와 파일로트 베아링에 큰 응력이 작용하게 되으로 좌굴(bucking)의
위험을 피하기 위하여 피스톤 로드의 직경을 더 크게해야 하는 문제가 따른다..
또한 행거리가 커지면 베아링 사이의 간격이 커지게 되므로 피스톤 로드의 안내장치(guidance)를
설치해야 하는 문제도 병해해야 한다.
4) Cylinder의 속도에 대한 상식
- 공압실린더의 피스톤 속도는 반력과 공기압력, 파이프의 길이, 마지막 제어 요소와 작업요소 사이의
단면적 및 마지막 제어요소를 통과하는 유량에 좌우되며 쿠션(cushion)도 속도에 영향을 미치게 된다.
표준 실린더의 경우 평균속도는 0.1 ~ 0.5 m/sec 정도이며 특수한 실린더(충격 실린더)의 경우에는
10 m/sec정도의 속도까지 얻을 수 있다.
또한 피스톤의 속도는 유량조절밸브와 급속 배기밸브로 조절할 수 있다.
♣ 시린더( Clinder)의 공기 소요량 (nℓ / min)
| 주) 1) 아래의 공기 유량은 시린더 스트로그 1cm, 1분간, 1회 동작시의 공기소요량임 |
ㅇㄴ 2) 왕복운동 시린더의 경우는 아래 유량 x 2배 임
|
|
내 경
(Φmm) |
압력 게이지 (Kg / cm2) |
|
2.0 |
4.0 |
5.0 |
6.0 |
7.0 |
8.0 |
|
40 |
0.0370 |
0.0613 |
0.0735 |
0.0855 |
0.0980 |
0.1101 |
|
50 |
0.0578 |
0.0957 |
0.1148 |
0.1337 |
0.1530 |
0.1720 |
|
60 |
0.0832 |
0.1378 |
0.1652 |
0.1925 |
0.2200 |
0.2480 |
|
70 |
0.1132 |
0.1875 |
0.2250 |
0.2620 |
0.3000 |
0.3370 |
|
80 |
0.1480 |
0.2450 |
0.2940 |
0.3420 |
0.3920 |
0.4410 |
|
90 |
0.1872 |
0.3100 |
0.3720 |
0.4330 |
0.4960 |
0.5570 |
|
100 |
0.2310 |
0.3830 |
0.4590 |
0.5350 |
0.6120 |
0.6890 |
|
110 |
0.2800 |
0.4640 |
0.5560 |
0.6470 |
0.7400 |
0.8330 |
|
120 |
0.3330 |
0.5510 |
0.6610 |
0.7700 |
0.8820 |
0.9910 |
|
130 |
0.3910 |
0.6470 |
0.7760 |
0.9040 |
1.0330 |
1.1630 |
|
140 |
0.4530 |
0.7500 |
0.9000 |
1.0840 |
1.2000 |
1.3500 |
|
150 |
0.5200 |
0.8610 |
1.0330 |
1.2030 |
1.3780 |
1.5500 |
|
160 |
0.5920 |
0.9800 |
1.1740 |
1.3700 |
1.5660 |
1.7620 |
|
170 |
0.6680 |
1.1070 |
1.3270 |
1.5450 |
1.7700 |
1.9900 |
|
180 |
0.7490 |
1.2400 |
1.4870 |
1.7320 |
1.9800 |
2.2300 |
|
190 |
0.8350 |
1.3800 |
1.6570 |
1.9300 |
2.2100 |
2.4850 |
|
200 |
0.9250 |
1.5300 |
1.8350 |
2.1400 |
2.4500 |
2.7500 |
|
230 |
1.2220 |
2.0300 |
2.4300 |
2.8300 |
3.2400 |
3.6500 |
|
250 |
1.4400 |
2.3900 |
2.8700 |
3.3400 |
3.8200 |
4.3000 |
|
300 |
2.0800 |
3.4500 |
4.1300 |
4.8100 |
5.5000 |
6.2000 |
|
350 |
2.8300 |
4.6900 |
5.6300 |
6.5500 |
7.5000 |
8.4400 | |
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