공압 실린더는 다양한 분야에 선형 운동과 힘을 제공하고 있는데요. 최적의 성능을 위해서는 각 분야에 적절한 공압 실린더를 선택하는 것이 필수적일 텐데요. 그래서 이번 글에서는 공압 실린더 선택 시 고려해야 할 7가지 주요 요소 관련해 알아보려 합니다.
공압 실린더 선택 시 고려해야 할 7가지 주요 요소
공압 실린더를 선택하려면 부하 용량, 스트로크 길이, 작동 속도, 최대 작동 압력 및 온도와 같은 시스템 성능 사양을 명확하게 정의해야 하는데요. 그런데 이 과정에서 고려해야 할 중요한 요소가 있어 아래와 같이 정리해 보았으니 참고해주세요.
1. 폼 팩터 및 ISO 표준
공압 실린더의 폼 팩터는 물리적 크기와 모양 및 치수를 의미하는데요. 여기에는 다음과 같은 요소가 포함됩니다.
- 실린더형
- 내경 사이즈
- 스트로크 길이
- 장착 스타일
- 전체적인 모양
공압 실린더의 폼 팩터는 실린더가 응용 분야의 사용 가능한 공간에 들어갈 수 있는지 또는 부하를 효과적으로 이동할 수 있는 가능 여부를 결정합니다.
실린더가 너무 크거나 너무 작으면 하중을 이동하는 데 필요한 힘이나 속도를 제공하지 못할 수도 있고, 각각 사용이 가능한 공간에 맞지 않을 수 있죠.
하지만, 표준을 준수하는 공압 실린더를 사용하면 필요한 경우 브랜드 간에 쉽게 교체할 수 있는 장점이 있답니다.
이러한 표준은 공압 실린더의 치수와 성능 및 테스트 요구 사항을 정의하고 있으며 일반적인 실린더에는 원형 튜브와 소형 및 가이드 실린더가 포함됩니다.
공압식 ISO 15552 실린더(32 – 320mm)
이 실린더는 직경이 32 – 320mm인 프로파일 실린더에 대한 ISO 15552를 따르고 로드 직경, 스트로크 길이, 힘, 압력, 자기 피스톤 및 조정 가능한 댐핑에 대한 다양한 구성을 갖춘 단동식 및 복동식 실린더가 포함됩니다.
공압 원형 실린더(32 – 63 mm)
원형 본체 실린더는 원통형 모양을 가지며 가장 일반적인 공압 실린더 중 하나입니다.
다양한 보어 크기와 스트로크 길이로 제공되며 높은 힘과 속도를 제공할 수 있는데요.
이 실린더는 다양한 응용 분야에 적합하며 로드 직경, 스트로크 길이, 힘 및 압력에 대해 다양한 구성으로 제공됩니다.
공압식 ISO 21287 콤팩트 실린더(20-100mm)
ISO 21287 공압식 콤팩트 실린더의 직경은 20-100mm로 원형 본체 실린더보다 작으며 공간이 제한된 응용 분야에 이상적입니다.
원형 실린더보다 스트로크 길이가 더 짧고 보어 크기도 더 작으며 단동식과 복동식을 자동화 및 로봇 공학 응용 분야에 사용됩니다.
공압식 로드리스 실린더
자동화 기계에서 빠질 수 없는 로드리스 실린더는 피스톤을 따라 이동하는 부하와 함께 선형 운동을 제공합니다.
이는 훨씬 더 적은 공간에서 동일한 스트로크 길이를 가질 수 있다는 장점을 제공하며 자재 취급, 적재, 리프팅, 웹 절단 등 여러 분야에서 사용되고 있답니다.
공압식 ISO 6432 미니 실린더(8~25mm)
원형 실린더(미니 실린더)용 ISO 6432를 따르는 공압식 실린더의 직경은 8~25mm입니다.
가이드 실린더
가이드 실린더에는 작동 중에 피스톤 로드가 구부러지거나 뒤틀리는 것을 방지하는 데 도움이 되는 추가 가이드 메커니즘이 있는데요.
이는 피스톤 로드가 측면 힘을 받을 위험이 있는 응용 분야에 적합하답니다.
이 가이드 실린더는 원형 튜브이거나 소형일 수 있으며 픽 앤 플레이스 작업 및 자재 취급에 일반적으로 사용되고 있습니다.
2. 공압 실린더 선택 형식
공압 실린더에는 여러 가지 유형이 있는데요. 각각 고유한 장단점이 있는데, 가장 일반적인 세 가지 유형은 단동형, 복동형 및 로드리스 실린더라고 할 수 있습니다.
단동 실린더는 압축 공기를 사용하여 피스톤 로드를 확장하거나 수축시키는데, 복동식과 다르게 스프링이나 기타 외부 힘을 사용하여 피스톤 로드를 원래 위치로 되돌립니다.
복동 실린더는 내부 스프링이나 외부 힘 없이 압축 공기를 사용하여 피스톤 로드를 확장하고 수축합니다.
3. 힘과 내경 크기
공압 실린더는 부하를 이동시키기에 충분한 힘을 생성해야 합니다.
‘F = m x a’라는 공식을 한 번쯤은 보셨을거에요. ‘F = m × a’를 사용하여 질량이 ‘m’인 물체를 가속도 ‘a’로 움직이는 데 필요한 힘을 계산합니다.
안쪽 및 바깥쪽 스트로크 모두에 대해 이 계산을 하고 계산된 힘보다 약간 높은 힘 등급을 가진 공압 실린더를 선택하는 것이 중요합니다.
실린더가 응용 분야에 충분한 힘을 제공할 수 있도록 하려면 올바른 보어 크기를 선택하는 것이 중요한데요.
대형 실린더를 선택하면 크기가 커져 비용이 증가할 수 있으며, 반대로 소형 실린더를 사용하면 의도한 하중을 이동할 수 없게 될 수 있습니다.
일반적으로는 하중 직경의 1.5~2배에 해당하는 보어 크기를 선택하고 있으니 참고하세요.
4. 공압 실린더 선택 스트로크 길이
스트로크 길이는 압축 공기로 작동될 때 피스톤이 선형으로 이동하는 거리를 말합니다.
예를 들어, 1미터 높이의 짐을 들어 올리려면, 짐을 시작점에서 끝까지 이동할 수 있도록 실린더의 스트로크 길이가 최소 1미터 이상이어야 한다는 말이죠.
스트로크 길이가 증가함에 따라 실린더 가격이 비싸질 수 있으므로 스트로크 길이를 정확하게 예측하는 것이 중요합니다.
정리하자면, 스트로크 길이가 너무 짧은 실린더는 부하를 원하는 위치로 이동할 수 없게 될 것입니다.
반면, 스트로크 길이가 너무 길면 목표 위치를 초과할 수 있어, 스트로크의 끝까지 확장된 피스톤 끝에 무거운 하중이 가해지면 피스톤 응력과 함께 굽힘이 발생할 수 있습니다.
5. 쿠셔닝
쿠션은 스트로크 끝에서 실린더의 움직임을 천천히 움직이게 하여 손상을 방지하고 충격 흡수 장치, 기계식 쿠션, 조정 쿠션 등 다양한 유형의 쿠셔닝이 있습니다.
충격 흡수 장치
충격 흡수 장치는 운동 에너지를 흡수하고 충격력을 줄이는 외부 장치로 무거운 하중과 큰 충격력이 있는 응용 분야에 적합하지만 추가 공간과 장착 장치가 필요합니다.
기계식 쿠셔닝
기계식 쿠셔닝은 실린더 내에 내장된 엘라스토머로 일관된 쿠셔닝을 제공하는데요. 적당한 충격력과 제한된 공간이 있는 응용 분야에 적합하고 안정적인 옵션이라고 할 수 있습니다.
조정 가능한 쿠셔닝
조정 가능한 쿠셔닝을 통해 감속 및 충격력을 정밀하게 제어할 수 있으며 맞춤화 및 유연성을 제공하지만, 기계식 쿠션이나 충격 흡수 장치보다 더 복잡할 수 있으니 참고하세요.
6. 장착 옵션
공압 실린더 장착 스타일은 사용 가능한 공간 및 부하 방향과 같은 현장 환경의 특정 요구 사항에 따라 다릅니다.
현장 요구 사항에 맞춰 공압 실린더는 클레비스, 트러니언, 플랜지, 풋 마운트 등 다양한 방법으로 장착할 수 있습니다.
클레비스 마운트
실린더의 클레비스(실린더 끝에 있는 U자형 브래킷)를 기계 또는 시스템에 부착하며 마운트는 하중이 인장 또는 압축되고 실린더가 직선으로 움직여야 하는 곳에 적합합니다.
트러니언 마운트
트러니언 브래킷을 사용하여 실린더를 기계 또는 시스템에 부착하며 하중이 중심에서 벗어나거나 실린더가 회전해야 하는 곳에 적합합니다.
플랜지 마운트
플랜지 브래킷을 사용하여 실린더를 기계 또는 시스템에 부착하는데요. 실린더를 고정해야 하는 곳에 일반적으로 많이 사용됩니다.
풋 마운트
볼트 또는 나사를 사용하여 실린더 바닥에 부착되어 실린더를 기계 또는 시스템의 평평한 표면에 고정합니다.
풋 마운트는 일반적으로 하중이 수직일 때 사용되는데요. 이때, 실린더는 측면 이동 없이 배치되어야 합니다.
7. 속도
공압 실린더의 속도는 스트로크 길이에서 부하를 최종 위치로 이동시키는 데 걸리는 시간으로 나눈 값입니다.
특히, 속도를 선택할 때 적용 요구 사항을 고려하셔야 하는데요.
예를 들어 조립 작업의 속도는 느리고 포장 프로세스의 속도는 빠를 때, 공압 실린더의 속도는 공기 공급 압력 조정, 유량 제어 밸브 설치, 전자 제어 또는 압력 조절기를 사용하여 제어할 수 있습니다.