PNEUMATIC CYLINDER

1. 공압 실린더 작동 압력에 따른 물리적 왕복 추력(Thrust Force) 계산

유압과 달리 공기압 제어는 상대적으로 저압(주로 5 ~ 7 bar)을 사용하며, 실린더 재질도 가벼운 알루미늄 합금 위주로 설계됩니다. 복동 공압 실린더의 기하학적 전진/후진 추력 공식은 유체 단면적에 공급 계장 공기 압력(P)을 곱하여 연산합니다.

① 전진 추력 (Extend Force, F_extend):

F_extend = P_bar × 10&sup5; × (π × D² / 4 × 10⁻⁶)  [N]

② 후진 추력 (Retract Force, F_retract):

F_retract = P_bar × 10&sup5; × (π × (D² – d²) / 4 × 10⁻⁶)  [N]

여기서 D는 실린더 보어 내경(mm), d는 로드 지름(mm), P_bar는 게이지 작동 압력(bar)입니다. 1 kgf ≈ 9.80665 N 단위 관계를 적용하여 현장용 중량 단위로 변환해 줍니다.

2. 대기압 환산 에어 소모량 (Air Consumption in Normal Liters, NL/min) 수학 공식

공기압 실린더를 구동할 때 소비되는 유량계 기준의 압축에어 체적은 컴프레셔 용량을 산정하기 위해 반드시 **표준 대기압 상태(Normal State: 0℃, 1기압)로 환산된 체적 유량(NL/min)**으로 계산해야 합니다. 압력이 가해진 실린더 체적이 대기 중으로 방출되며 기하급수적으로 부풀기 때문입니다.

① 절대압 압축비 (Compression Ratio, CR):

CR = (P_gauge + P_atm) / P_atm ≈ (P_bar + 1.013) / 1.013

② 1회 왕복 주기당 Compressed 에어 체적 (V_cycle): 스트로크(S, mm)에 따른 실린더 전/후진 챔버 체적을 합산합니다.

V_cycle [Liters] = (A_push_mm² + A_pull_mm²) × (S_mm / 1000) / 1,000

③ 최종 대기압 환산 분당 에어 소모량 (Q_free, NL/min): 분당 왕복 사이클 속도(N, cycles/min)를 연동합니다.

Q_free = V_cycle × CR × N  [NL/min]

3. 실무 공압 유량 설계 및 배관 밸브 선정 제약

계산된 공기 소모량(NL/min)은 실린더를 움직이는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)의 유량 통과 능력 계수인 **Cv값(또는 유효단면적 S)**을 결정하는 직결 척도입니다. 소모 유량에 비해 밸브나 에어 튜브 호스의 구경이 너무 작으면 관로 저항으로 인해 실린더가 설계 속도대로 작동하지 못하고 반응이 현저히 지연되므로 반드시 본 연산 데이터를 가이드라인으로 활용해야 합니다.