에어실린더의 선정 및 설계

CJ2시리즈, CM2시리즈, MB시리즈, CG1시리즈, CA1시리즈, CS1시리즈, CQ2시리즈
순서1. 실린더의 튜브 내경을 구합니다 → 그래프1, 그래프2 참조 ①목적에 맞게 부하율을 결정합니다.
	작업목적		부하율n
	정적 작업 (클램프, 저속 vise 코킹 등)		0.7이하 (70% 이하)
	동적 작업	가이드에 실린 부하의 수평작동	1 이하 (100%이하)
		부하의 수직~수평 작동	(주)0.5 이하(50% 이하)
(주)특히 고속으로 작동할 필요가 있는 경우에는 부하율을 더 낮춥니다. (그래프는 부하율 0.4, 0.3, 0.2이하에서의 선정도 가능) ②사용압력을 결정합니다. 일반적으로는 레귤레이터(감압용)로 공기원 압력의 85%로 설정합니다. (그래프는 0.2MPa ~ 0.8MPa에서의 선정이 가능합니다) ③실린더 출력을 사용하는 방향을 결정합니다. 압출 측→ 그래프1을 참조해 주십시오. 인입 측→ 그래프2를 참조해 주십시오. (주)수평으로 압출·인입 모두 같은 부하일 경우는 인입 측에서 선정하여 주십시오.
순서2. 스트로크 종단의 충격을 고려합니다 고려합니다. ①외부에 스톱퍼(Shock absorber 등)을 설치해서 충격을 흡수할 경우 충분한 흡수력이 있는  스톱퍼를 선정해 주십시오 ②스톱퍼가 없이 실린더로 멈출 경우. 실린더에 내장된 쿠션의 흡수력을 그래프3~7에서 확인합니다. 1) 러버 쿠션 피스톤과 커버의 금속이 접촉하는 것을 피하기 위하여 우레탄 러버를 끼워두었습니다 2) 에어 쿠션 스트로크 종단의 약간 앞쪽에서 배기측 압력을 압축시켜, 그 반발력으로 부하의 운동 에너지를 흡수하여 조용하게 정지시킵니다.
순서3.실린더의 사용방법에 따라, 아래와 같은 고려가 필요한 경우도 있습니다. ①피스톤 로드에 횡하중이 걸릴 경우. 횡하중이 허용치 안에 있는지 그래프8~그래프11에서 확인합니다. ②비교적 긴 스트로크에서 피스톤 로드나 실린더 튜브에 좌굴력 (buckling force)이 작용하는 경우,  스트로크나 사용압력이 안전범위에 있는지 표에서 확인합니다.
순서4.실린더의 공기소비량과 소요공기량을 구합니다 구합니다. 공기원의 선정과 작동비용(Runing Cost)의 산출에 필요한 공기 소비량(그래프12,13), 그리고 에어  필터, 레귤레이터 등의 기기나 상류 배관 크기의 선정에 필요한 소요공기량(그래프14)을 구합니다.

순서1. 실린더의 튜브 내경을 구합니다 → 그래프1, 그래프2 참조
<그래프 1> 압출측의 실린더 출력(복동 실린더)
<그래프 2> 인입측의 실린더 출력(복동 실린더)
	예1)그림 1과 같이 워크를 눌러 두기 위해 최저 1000N 의 출력이 필요한 경우 압출측이므 로 그래프1을 사용하여, 부하율 0.7, 사용 압력 0.5MPa를 결정하고 실린더 출력  1000N과의 교점을 구하면 튜브내경은 63 mm이됩니다. 동력 단위로의 환산 1MPa ≒10.2kgf/cm2 1N ≒ 0.102kgf 1kgf/cm2 ≒ 0.098MPa 1kgf ≒ 9.8N
	예2)그림2와 같이 가이드에 실린 질량 30kg의  부하를 수평이동시킬 경우, 압출측과 인입 측이 같은 부하이므로 출력이 작은 인입측 의 그래프2를 사용하여 부하율1, 사용압력 0.4MPa 를 구한 다음, 부하질량 30kg과의 교점을 구하면 튜브내경은 40mm가  됩니다.
	예)그림3과 같이 부하질량100kg을 수직으로  끌어올릴 경우, 인입측이므로 그래프2를  사용하여 부하율 0.5 와 사용압력 0.5MPa를 구하고 부하질량 100kg과의 교점을 구하면 튜브 내경은 80mm가 됩니다.

순서2. 스트로크 종단의 충격을 고려합니다.
그래프 보는 법 예1)그래프3에서 부하질량 50kg을 CM2-40A에서 작동시킬 때, 에어 쿠션으로 하게 되면 최대속도는 300mm/s 이하로 해야 합니다.
에어 쿠션의 경우 : CJ2시리즈, CM2시리즈, CG1시리즈, CA1시리즈, CS1시리즈,
<그래프3> CJ2/CM2 시리즈	<그래프4> CG1 시리즈	<그래프5> CA1/CS1 시리즈
그래프 보는 법 예2)그래프7에서 부하질량 50kg을 최대속도 500mm/s에서 작동시킬 때, CG1 시리즈에서는 튜브 내경ø80가 선정됩니다.
러버 쿠션의 경우 : CJ2시리즈, CM2시리즈, CG1시리즈, MB시리즈
<그래프 6> CJ2/CM2 시리즈	<그래프 7> CG1시리즈	<그래프 8> MB 시리즈

순서3. 실린더의 사용방법에 따라 따라, 아래와 같이 고려해야 할 경우도 있습니다 있습니다.
① 실린더 횡하중에 따른 사용가능한 최대 스트로크실선을 넘지않는 영역이, 어떤 스트로크 길이의 실린더에 대하여 허용할 수 있는 횡하중의 관계를표시합니다.  그림안 점선의 범위는 긴 스트로크의 한계를 넘은 경우를 나타냅니다.그러나, 이 영역에서는 원칙적으로 운동방향에 가이드 등을 설치하여 사용해 주십시오.
<그래프 8> CM2 시리즈/Ø20, Ø25, Ø32, Ø40	<그래프 9> CG1시리즈/Ø20,Ø25,Ø32,Ø40,Ø50,Ø63,Ø80,Ø100
<그래프 10> MB 시리즈/Ø32,Ø40,Ø50,Ø63,Ø80,Ø100 CA1시리즈 /Ø40,Ø50,Ø63,Ø80,Ø100	<그래프 10> CS1시리즈/Ø125,Ø140,Ø160,Ø180,Ø200,Ø250,Ø300
②지지형식에 따른 실린더 크기와 최대 스트로크의 관계 아래의 표는 실린더 자체의 발생력이 피스톤 로드 혹은 피스톤 로드와 실린더 튜브에 좌굴력으로 작용할경우를 상정하여, 사용가능한 최대 스트로크를 계산, 산출하여 센티미터 단위로 나타낸 것입니다. 따라서 부하율에는  관계없이 사용압력의 고저와 실린더 지지형식의 관계에 의해, 각 실린더 크기의 사용가능한 최대 스트로크를  알수 있게 됩니다. (참고)경부하라도 실린더 압출측에서 외부 스톱퍼로 정지시켰을 경우는 실린더의 최대 발생력이 실린더 자체에 작용합니다.

순서4. 실린더의 공기소비량과 소요공기량을 구합니다 구합니다.

실린더의 공기소비량과 소요공기량 공기 소비량은 실린더를 사용한 장치에 있어 전환 밸브가 작동할 때 실린더 내 또는 실린더와 전환밸브 사이의 배관 내에서 소비되는 공기량으로, 콤프레셔의 선정, 가동비용의 계산에 필요합니다. 소요 공기량은 정해진 부하를 정해진 속도로 작동시키기 위해 필요한 공기량으로, F.R.L.기기와 상류배관  사이즈의 선정에 필요합니다.

공기소비량 구하는 방법/그래프 12,13 보는 법 순서1. 그래프12를 사용하여, 에어실린더의 공기소비량을 구한다. ①사용압력(사선)과 실린더 스트로크와의 교점을 찾아 그 점에서 수직으로 세로선을 올립니다. ②사용하는 실린더의 튜브내경(사선)과의 교점보다, 가로(좌,우가능)로 보고 에어 실린더의 1회 왕복에  필요한 공기소비량을 구합니다. 순서2. 그래프13을 이용하여 튜브 또는 강관의 공기소비량을 순서 1과 같은 방법으로 구합니다. 순서3.1분에 해당하는 총 공기소비량을 아래와 같이 구합니다. (에어 실린더의 공기 소비량 + 튜브나 강관(쇠 파이프)의 공기 소비량) X 1분에 해당하는 왕복횟수 X  실린더의 사용수= 총 공기소비량 (단위: ℓ/min (ANR)) 주의: 콤프레셔는 공기압의 온도저하, 누설, 중계기기에서의 소비 등을 고려하여, 상기의 총 공기 소비량보다 충분히 여유있는 토출량을 선정하십시오.  (참고:1.4배를 최저한도로 하고, 필요에 따라 여유를 더 두십시오) 예)튜브내경 50mm 스트로크600mm의 에어 실린더 10개를 사용압력 0.5MPa로 1분간 5회 왕복시킬 때 의 공기 소비량은? (실린더~전환밸브 사이는 내경 6mm의 튜브, 2m의 배관) 1. 사용압력 0.5MPa→실린더 스트로크600mm→튜브내경 50mm→공기소비량≒13ℓ(ANR) 2. 사용압력 0.5MPa→배관길이2m→내경6mm→공기 소비량≒0.56ℓ(ANR) 3. 총 공기소비량=(13+0.56)×10×5=678ℓ/ min(ANR) 소요공기량 구하는 방법 방법/그래프 그래프14 보는 방법 순서3. 그래프14를 이용하여 에어 실린더의 소요공기량을 구합니다. ①사용압력(사선)과 최대 피스톤 속도의 교점을 찾아 그 점에서 수직으로 세로선을 올립니다. ②사용하는 실린더의 튜브내경(사선) 과의 교점보다, 가로(좌,우가능)로 보아 소요공기량을 구합니다. 예)튜브 내경 50mm의 실린더를 압력 0.5MPa, 속도 500mm/s 로 작동시킬 때 소요공기량은? 보는 법: 사용 압력 0.5MPa→최대 피스톤 속도 500mm/s→튜브내경 50mm→소요공기량은  350ℓ/mm(ANR)가 됩니다.

<그래프 12> 실린더의 공기 소비량(1회 왕복)

<그래프 13>튜브, 강관의 공기소비량(1회 왕복)

※배관길이는 실린더와 전환밸브(전자밸브 등)를 연결하는 강관 또는 튜브의 길이입니다. ※튜브 강관의 치수(내·외경)은 p.1682를 참조하십시오

<그래프 14> 실린더 및 배관의 소요공기량

에어실린다 선정표.pdf

출처 : SMC 유공압