Kalkulator siły siłownika pneumatycznego
Oblicz siłę siłownika pneumatycznego z uwzględnieniem średnicy, tłoczyska, ciśnień i strat. Wzory, przykłady, tabela i FAQ.
- Bez rejestracji
- Szybkie działanie
- Operacje w pamięci
Zero back-endu, 100% lokalnie.
Kalkulator siły siłownika pneumatycznego
F = (P1−P2)·A_eff, gdzie A_eff = A dla wysuwu, a A_eff = A−A_rod dla zwrotu w siłowniku dwustronnym. Używaj ciśnień manometrycznych.
Kalkulator siły siłownika pneumatycznego – teoria, wzory, przykłady i praktyczne tabele
To narzędzie oblicza siłę siłownika pneumatycznego w trybie wysuwu lub wsuwu z uwzględnieniem średnicy cylindra, średnicy tłoczyska, ciśnienia roboczego, ewentualnej różnicy ciśnień po obu stronach tłoka, strat mechanicznych oraz preferowanej dokładności. Wynik otrzymasz w niutonach, kiloniutonach i kilogramach siły, a dodatkowo narzędzie podaje pola przekrojów w centymetrach kwadratowych, co ułatwia szybkie porównania i dobór komponentów.
Formularz kalkulatora pozwala wybrać typ pracy i kierunek działania siłownika, wprowadzić średnicę cylindra bore_mm, średnicę tłoczyska rod_mm, ciśnienia robocze p1 oraz opcjonalne p2, a także procentowe straty loss_percent i precyzję zaokrąglania precision. W zależności od tego, czy liczysz siłę przy wysuwie, czy przy wsuwie, pole efektywne i równanie siły są inne. Poniżej znajdziesz zweryfikowane wzory, przykłady i tabele pomocnicze, które od razu przełożą wyniki na praktykę projektową i utrzymanie ruchu.
Wzory i teoria
1. Pola przekrojów
Pole tłoka (bez tłoczyska)
A = π · D² / 4
gdzie: D to średnica cylindra. W kalkulatorze podajemy D w milimetrach, a wynikowe pola raportujemy w cm² dla wygody odczytu: A_cm2.
Pole pierścieniowe przy wsuwie
A_ring = π · (D² − d²) / 4
gdzie: d to średnica tłoczyska. Przy wsuwie efektywne pole jest mniejsze, co obniża siłę dostępna przy tym samym ciśnieniu.
2. Siła idealna bez strat
Wysuw (działa tylko ciśnienie po stronie tłoka):
F_out = P · A
Wsuw (działa ciśnienie po stronie pierścieniowej):
F_in = P · A_ring
Jeśli w układzie uwzględniasz dwa ciśnienia (np. zasilanie i przeciwciśnienie), siłę efektywną liczysz z różnicy:
F_eff = (P1 − P2) · A_eff
gdzie: A_eff = A dla wysuwu, a A_eff = A_ring dla wsuwu.
3. Straty mechaniczne i sprawność
Tarcie uszczelnień, opory prowadzenia oraz spadki na zaworach powodują, że siła rzeczywista jest mniejsza. W kalkulatorze ustawiasz wartość loss_percent jako łączny procent strat mechanicznych.
F_real = F_eff · (1 − loss_percent / 100)
W praktyce typowy zakres strat zależy od producenta siłownika, klasy uszczelnień i jakości zasilania powietrzem.
4. Jednostki i konwersje
- 1 bar = 100000 Pa
- 1 N = 1 kg · m/s²
- 1 kgf ≈ 9.80665 N
- 1 kN = 1000 N
Kalkulator prezentuje wynik w N, kN i kgf. Dzięki temu łatwo ocenisz, czy uzyskana siła jest wystarczająca do zaplanowanego zadania.
5. Tryby pracy
mode: single lub double. W praktyce odnosi się do sposobu sterowania i uwzględnienia ciśnień po obu stronach tłoka.
action: extend (wysuw) lub retract (wsuw). Wybór determinuje, czy efektywne pole to A, czy A_ring, a także które ciśnienie jest kluczowe w obliczeniach.
Przykłady
Przykład 1 – wysuw, bez przeciwciśnienia
Założenia:
- D = 50 mm
- d = 20 mm
- P1 = 6 bar
- P2 = 0 bar
- Straty = 10%
Kroki:
- Pole tłoka: A = π · 50² / 4 = 1963.5 mm² = 19.635 cm²
- Siła idealna: F = P1 · A = 6 bar · 19.635 cm²
- Konwersja: 1 bar = 10 N/cm², zatem F ≈ 6 · 19.635 · 10 = 1178.1 N
- Straty: F_real = 1178.1 · (1 − 0.10) = 1060.3 N
Wynik: około 1060 N czyli 1.06 kN lub 108 kgf.
Przykład 2 – wsuw, z przeciwciśnieniem
Założenia:
- D = 63 mm
- d = 20 mm
- P1 = 7 bar po stronie pierścieniowej
- P2 = 1 bar po stronie przeciwnej
- Straty = 8%
Kroki:
- Pole pierścieniowe: A_ring = π · (63² − 20²) / 4 = 2827.4 mm² = 28.274 cm²
- Efektywne ciśnienie: ΔP = 7 − 1 = 6 bar
- Siła idealna: F = 6 · 28.274 · 10 ≈ 1696.4 N
- Straty: F_real = 1696.4 · 0.92 ≈ 1561.7 N
Wynik: około 1.56 kN czyli 159 kgf.
Tabele pomocnicze
| Średnica D [mm] | Pole A [cm²] | Siła przy 6 bar [N] | Siła przy 6 bar [kgf] |
|---|---|---|---|
| 32 | 8.042 | 482.5 | 49.2 |
| 40 | 12.566 | 753.9 | 76.9 |
| 50 | 19.635 | 1178.1 | 120.1 |
| 63 | 31.174 | 1870.4 | 190.8 |
| 80 | 50.265 | 3015.9 | 307.7 |
| 100 | 78.540 | 4712.4 | 480.5 |
Tabela pola pierścieniowego dla wybranych D i d
| D [mm] | d [mm] | A_ring [cm²] | F przy 6 bar [N] |
|---|---|---|---|
| 32 | 12 | 6.920 | 415.2 |
| 40 | 16 | 10.466 | 627.9 |
| 50 | 20 | 16.544 | 992.6 |
| 63 | 20 | 28.274 | 1696.4 |
| 80 | 25 | 45.351 | 2721.1 |
| 100 | 32 | 70.686 | 4241.2 |
Zastosowania i dobre praktyki
Dobór średnicy i ciśnienia
Największy wpływ na siłę ma pole tłoka i ciśnienie zasilające. Jeśli przy danym ciśnieniu brakuje marginesu bezpieczeństwa, rozważ większą średnicę cylindra, zmniejszenie strat lub podniesienie ciśnienia w granicach zaleceń producenta i norm.
Wpływ tłoczyska
Im większa średnica tłoczyska, tym mniejsza siła przy wsuwie. W aplikacjach wymagających podobnej siły w obu kierunkach planuj średnice i przełożenie układu mechanicznego z wyprzedzeniem.
Straty i warunki pracy
Na straty wpływają uszczelnienia, lepkość olejów konserwujących, jakość powietrza, spadki na elementach pneumatycznych oraz geometria prowadnic. Rozsądny margines bezpieczeństwa to 15–30 procent w zależności od obciążenia i dynamiki cyklu.
Jak używać kalkulatora
- Wybierz mode w zależności od potrzeb układu (single lub double).
- Ustaw action: extend dla wysuwu lub retract dla wsuwu.
- Podaj bore_mm to znaczy średnicę cylindra w milimetrach.
- Podaj rod_mm czyli średnicę tłoczyska, aby poprawnie policzyć pole pierścieniowe przy wsuwie.
- Wprowadź p1 jako ciśnienie robocze po stronie aktywnej, opcjonalnie p2 jeśli uwzględniasz przeciwciśnienie.
- Określ loss_percent aby oszacować straty mechaniczne.
- Ustaw precision aby dobrać liczbę miejsc dziesiętnych w wynikach.
- Kliknij przycisk obliczeń i odczytaj F_N, F_kN, F_kgf oraz pola A_cm2, Arod_cm2, Aeff_cm2.
FAQ
Jakie ciśnienie przyjąć do wstępnych obliczeń?
W praktyce projektowej często przyjmuje się 6 bar jako punkt odniesienia. Jeśli twoja instalacja pracuje na 7 bar, pamiętaj o dopuszczalnych wahaniach i spadkach ciśnienia na elementach układu.
Dlaczego siła przy wsuwie jest mniejsza?
Przy wsuwie działa pole pierścieniowe pomniejszone o przekrój tłoczyska, dlatego przy tym samym ciśnieniu siła jest niższa niż przy wysuwie.
Czy muszę uwzględniać przeciwciśnienie P2?
Jeśli druga strona tłoka jest odpowietrzana do atmosfery, możesz przyjąć P2 ≈ 0 bar. W układach dwustronnego działania lub z dławieniem warto wprowadzić P2, aby wynik był bardziej realistyczny.
Jak interpretować straty procentowe?
Są to straty mechaniczne i przepływowe upraszczające bilans. W praktyce zsumuj wpływ uszczelnień, prowadnic oraz elementów zasilających i zaokrąglij w górę, jeśli układ pracuje dynamicznie lub w trudnych warunkach.
Co oznacza precyzja wyniku?
Parametr precision kontroluje liczbę miejsc dziesiętnych prezentowaną w wynikach. Ustaw większą dokładność dla małych sił lub do celów porównawczych.
Czy kalkulator działa dla bardzo dużych średnic?
Tak, ale pamiętaj o granicach dopuszczalnego ciśnienia i wytrzymałości komponentów. Zawsze weryfikuj dobór w dokumentacji producenta.
Podsumowanie
Siła siłownika pneumatycznego zależy przede wszystkim od pola czynnego i efektywnego ciśnienia po tej stronie tłoka, która wykonuje pracę. Wysuw wykorzystuje pełne pole tłoka, natomiast wsuw pole pierścieniowe pomniejszone o przekrój tłoczyska. Dodatkowe straty i przeciwciśnienie obniżają wynik, dlatego w projektowaniu zawsze zostawiaj margines bezpieczeństwa. Ten kalkulator liczy pola i siły, przelicza jednostki oraz uwzględnia zadane straty i precyzję, co pozwala szybko przejść od założeń do weryfikacji i doboru podzespołów w realnych aplikacjach przemysłowych.