İster tek etkili olsun ,ister çift etkili olsun pnömatik silindirdeki teorik itme kuvveti silindir çapına, sürtünme kuvvetine, sızdırmazlık elamanlarına ve hava basıncına bağlıdır.
Pnömatik Silindirde Kuvvet Hesabı
Silindirlerde itme kuvveti, ileri (çıkış) ve geri (dönüş) hareketlerinde farklıdır. İleri harekette piston alanı (A) tam etkili olurken, dönüşte piston kolu kesit alanı kadar bir kayıp olur. Silindirin uygulayabileceği kuvveti arttırabilmek için basınç ve alan değerlerinden en az birisi arttırılmalıdır.
P = F / A
F = P . A (Temel formül)
Silindir verimini de eklersek
F = P . A . η
F = Piston kuvveti (N)
P= Manometre basıncı
A= Etkili piston alanı
d1 = Piston çapı
d2 = Piston kolu çapı
η = silindir verimi (% 90)
İleri Çıkış Kuvveti :
F= P . A . η
F = P . (∏ . d12/ 4) . η
Geri Dönüş Kuvveti:
F= P . A . η
F = P . (∏ . d12– d22 / 4) . η
NOT: Tek etkili silindirde yay kuvveti de hesaba katılmalıdır. Tek Etkili Silindirde Yay Kuvveti de dikkate alındığında;
F = P . A – Ff şeklinde hesaplanacaktır.
Ff = yay kuvveti (silindir kuvvetinin(F) %3-20 oranındadır
Örnek Soru
Pnömatik bir devrede, çalışma basıncı 8 bar’dır. Kullanılacak çift etkili silindirde piston çapı d1=50mm, piston kolu çapı d2=20 mm olduğuna göre, ileri ve geri harekette pistonun uygulayabileceği kuvvetleri hesaplayınız. (Piston verimi = % 90 alınacaktır.)
Çözüm
1 Bar 0,1 N/mm2 olduğuna göre sonucu Newton olarak hesaplayabilmek için temel formülde “p” değeri 10’a bölünür.
F= P . A . η
İleri Çıkış Kuvveti:
F = P/10 . A . η
F= 0.8 . (∏ . d12/ 4) . η
F= 0.8. (3,14 . 502/4) . 0,90
F= 1413 N
Geri Dönüş Kuvveti:
F = P/10 . A . η
F= 0.8 . (∏ . d12-d22/ 4) . η
F= 0.8. (3,14 . 502 – 202 /4) . 0,90
F= 1187 N
Kuvvet Formülü
Pnömatik silindir kuvveti, F = P × A formülüyle hesaplanır; P basınç, A ise piston yüzey alanıdır.
Çap Etkisi
Piston çapı arttıkça, alan karesel olarak büyüdüğü için üretilen kuvvet de orantısız şekilde artar.
Sürtünme Kaybı
Gerçek uygulamada, hesaplanan teorik kuvvetin yaklaşık %5-10’u conta ve sürtünme kayıplarına gider.
Konuyla İlgili Sorular
İleri harekette pistonun tüm yüzeyi basınca maruz kalır. Geri dönüşte ise piston kolunun kapladığı alan devre dışı kaldığı için etkili yüzey küçülür, bu da geri dönüş kuvvetini ileri harekete göre daha düşük yapar.
Formüle göre kuvvet, basınç ile piston alanının çarpımına bağlıdır. Yani ya sisteme verilen hava basıncı artırılmalı ya da silindirin piston çapı büyütülmelidir.
Bu konuyu İngilizce okumak isterseniz: Force Calculations in Pneumatic Cylinders →
İlgili Yazılar
