Calcolare forza del cilindro pneumatico e consumo FAD.
I cilindri pneumatici convertono la pressione dell'aria compressa in forza lineare a velocità e corse adatte al bloccaggio, alla selezione, al confezionamento e all'automazione pick-and-place. Questo calcolatore dimensiona la forza di spinta e di tiro di un cilindro a semplice o doppio effetto da diametro di alesaggio, diametro dello stelo e pressione di alimentazione, tenendo conto dell'area anulare ridotta sul lato stelo esattamente come nell'idraulica — ma con pressioni di esercizio molto più basse.
La forza di spinta F = P × π × D² / 4 dove P è la pressione di alimentazione (di solito 60–150 psi o 4–10 bar) e D è il diametro di alesaggio. La forza di tiro utilizza l'area anulare F = P × π × (D² − d²) / 4 dove d è il diametro dello stelo. Poiché l'aria è comprimibile, la forza dinamica dipende maggiormente dalla restrizione del flusso e dall'attrito delle guarnizioni rispetto all'idraulica; i cilindri vengono tipicamente dimensionati del 20–30% al di sopra del carico statico per superare l'attrito di avviamento. La velocità è governata dalla portata di scarico piuttosto che da quella di alimentazione, quindi i regolatori di flusso in uscita garantiscono un movimento più regolare rispetto a quelli in entrata. I cilindri a semplice effetto con molla di ritorno erogano solo il 60–70% della forza pneumatica a fine corsa perché la molla si oppone al movimento.
Un ingegnere di linea di confezionamento che dimensiona uno spintore da 25 mm a 6 bar di alimentazione conferma 295 N di forza di spinta e aggiunge una riserva del 30% per l'attrito, quindi seleziona i regolatori di flusso per temporizzare la corsa di 100 mm a 0,4 s per la finestra di ciclo.
Un costruttore di attrezzature sceglie un bloccaggio con alesaggio da 80 mm a 7 bar, prevede 3.520 N di spinta, ma misura solo 2.800 N al pezzo; il calcolatore conferma che lo scarto corrisponde alla tolleranza del 20% per l'attrito di avviamento di una guarnizione stelo non lubrificata.
Un tecnico di automazione che dimensiona un estrattore con molla di ritorno verifica che la forza della corsa pneumatica superi il carico del 30%, tenendo conto della contro-forza della molla del 40% in posizione estesa, per garantire il ritiro regolare in caso di perdita del segnale.
I sistemi pneumatici operano a 6-10 bar mentre l'idraulica a 70-300 bar. A parità di alesaggio, 6 bar contro 200 bar danno circa 1/30 della forza, motivo per cui l'idraulica domina nelle presse pesanti.
L'aria è comprimibile, quindi il posizionamento a metà corsa è scarso senza controlli servo. La ripetibilità è ±2-5 mm senza retroazione, o 0,1-0,5 mm con servo-pneumatica.
I cilindri moderni utilizzano guarnizioni autolubrificanti e necessitano solo di aria pulita e asciutta. L'aggiunta di un lubrificatore in linea può prolungare la vita in servizi ad alta frequenza (>10 Hz), ma non è necessario a frequenze di ciclo inferiori.