< 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)