アプリケーションに適した空気圧アクチュエーターを選ぶには？

空気圧システムの不具合や非効率なオペレーションでお困りではありませんか？多くの場合、問題は不適切なアクチュエータ選択にあり、生産性の低下とメンテナンスコストの増加につながります。適切に選択された空気圧アクチュエータは、これらの問題を即座に解決することができます。

右 空気圧アクチュエーター は、環境要因と寿命を考慮しながら、アプリケーションの力要件、速度ニーズ、負荷条件に適合する必要があります。選択には、力の計算、負荷のマッチング、特殊なアプリケーションの要件を理解する必要があります。

私の15年以上にわたる空気圧業界での経験をお話しましょう。先月、ドイツのお客様が、OEM部品を何週間も待つ代わりに、交換用ロッドレスシリンダーを正しく選択することで、ダウンタイムコストを$15,000ドル以上節約しました。同じような賢い選択をする方法を探ってみましょう。

目次

• 力と速度の計算式
• ロッドエンド荷重適合参考表
• 回転防止シリンダーの用途分析

空気圧シリンダーの力と速度はどのように計算するのか？

空気圧アクチュエータを選択する際、アプリケーションで最適な性能を発揮するためには、力と速度の関係を理解することが重要です。

空気圧シリンダーの力は、F = P × A の式で計算される。 圧力¹ (Pa）、Aは有効ピストン面積（m²）である。速度は流量に依存し、v = Q/Aで見積もることができる。ここで、vは速度、Qは流量、Aはピストン面積である。

基本的な力の計算式

伸長ストロークと収縮ストロークでは、有効面積が異なるため力の計算が異なる：

伸展力（前進ストローク）

伸長ストロークでは、ピストンの全領域を使用する：

F₁ = P × π × (D²/4)

どこでだ：

• F₁＝伸展力（N）
• P = 使用圧力 (Pa)
• D = ピストン直径 (m)

引込力（リターンストローク）

引き込みストロークについては、ロッドの面積を考慮しなければならない：

F₂ = P × π × (D² - d²)/4

どこでだ：

• F₂＝引き込み力（N）
• d = ロッドの直径（m）

速度計算と制御

空気圧シリンダーの速度は、以下の条件によって決まる：

• 空気流量
• シリンダー内径
• 負荷条件

基本的な計算式はこうだ：

v = Q/A

どこでだ：

• v = 速度（m/s）
• Q = 流量（m³/秒）
• A = ピストン面積 (m²)

について ロッドレスシリンダー² Beptoモデルのように、有効面積が両方向で一定であるため、速度計算はより簡単である。

実例

例えば、内径40mmのロッドレスシリンダーを使って、6バールの圧力で50kgの荷物を水平に移動させる必要があるとしよう：

1. 力を計算する：F = 6 × 10⁵ × π × (0.04²/4) = 754 N
2. 50kgの荷重（490N）とフリクションで、十分な力が得られる。
3. この口径で0.5m/sの速度を得るには、約38L/minの空気流量が必要である。

これらの計算は理論値であることを忘れないでください。実際のアプリケーションでは、以下を考慮する必要がある：

• 摩擦損失³ (通常10-30%）
• システム内の圧力低下
• 動的負荷条件

お客様のアプリケーション要件に適合するロッドエンド荷重仕様とは？

適切なロッドエンドの負荷容量を選択することで、空気圧システムの早期摩耗、バインディング、システムの故障を防ぎます。

ロッドエンドの負荷マッチングには、アプリケーションの 側面荷重、モーメント荷重、アキシャル荷重⁴ メーカーの仕様に従うこと。ロッドレスシリンダーの場合、ベアリングシステムの耐荷重はシリンダーの寿命と性能に直接影響するため、非常に重要です。

負荷タイプを理解する

ロッドエンドの荷重を合わせる場合、3つの主要な荷重タイプを考慮する必要があります：

アキシアル荷重

これは、シリンダーロッドの軸に沿って作用する力である：

• シリンダーの口径と作動圧力に直接関係する。
• ほとんどのシリンダーは、主にアキシャル荷重用に設計されている。
• ロッドレスシリンダーの場合、これは一次使用荷重である。

サイドロード

これはシリンダー軸に垂直な力である：

• シールの早期摩耗やロッドの曲がりを引き起こす可能性がある
• ロッドレスシリンダーの選択で重要なこと
• アプリケーションで過小評価されがち

モーメント荷重

これはねじれを引き起こす回転力である：

• ベアリングやシールを損傷する可能性がある
• ストロークの長いアプリケーションで特に重要
• 単位：Nm（ニュートン・メートル）

ロッドエンド荷重適合表

一般的なロッドレスシリンダーのサイズと適切な負荷容量を一致させるための簡易参照表です：

ベアリングシステムに関する考察

特にロッドレスシリンダーの場合、ベアリングシステムが負荷容量を決定する：

1. ボールベアリングシステム⁵
      - より高い負荷容量
      - 摩擦の低減
      - 高速アプリケーションに最適
      - より高価

2. スライドベアリングシステム
      - より経済的
      - 汚れた環境に適している
      - 一般的に低い負荷容量
      - より高い摩擦

3. ローラーベアリングシステム
      - 最高負荷容量
      - ヘビーデューティー用途に最適
      - ロングストロークに最適
      - 正確なアライメントが必要

私は最近、英国のある製造工場が高級ブランドのロッドレスシリンダーを当社のBepto同等品に交換するのを手伝いました。ベアリングシステムを用途のニーズに適切に適合させることで、彼らは当面のダウンタイムの問題を解決しただけでなく、メンテナンス間隔を30%延長しました。

どのような場合に回転防止空圧シリンダーを使用すべきか？

回転防止シリンダーは、運転中のピストンロッドの不要な回転を防止し、特定の用途における正確な直線運動を保証します。

回転防止空圧シリンダー 回転偏差のない正確な直線運動が必要な場合、非対称荷重を扱う場合、または位置決め精度を損なう可能性のある回転外力にシリンダが抵抗しなければならない場合に使用する必要があります。

一般的な回転防止メカニズム

空気圧シリンダーの回転防止には、いくつかの方法がある：

ガイドロッドシステム

• メインピストンロッドと平行な追加ロッド
• 優れた安定性と精度を提供
• コストは高いが信頼性は高い
• 精密製造用途で一般的

プロファイル・ロッド・デザイン

• 非円形のロッド断面が回転を防止
• 外付け部品のないコンパクト設計
• スペースに制約のあるアプリケーションに最適
• 負荷容量が低い可能性がある

外部ガイドシステム

• シリンダーと連動する独立したガイド機構
• 最高の精度と耐荷重
• より複雑な設置
• 高精度オートメーションに使用

アプリケーション・シナリオ分析

ここでは、回転防止シリンダーが不可欠な主なアプリケーションシナリオを紹介する：

1.非対称荷重処理

負荷の重心がシリンダー軸からオフセットしている場合、標準的なシリンダーは圧力を受けて回転する可能性があります。回転防止シリンダーは次のような場合に重要です：

• 不規則な物体を扱うロボットグリッパー
• オフセットツーリング付き組立機
• アンバランス荷重を伴うマテリアルハンドリング

2.精密位置決めアプリケーション

正確な位置決めが必要な用途では、回転防止機能が役立ちます：

• CNC工作機械部品
• 自動試験装置
• 精密組立作業
• 医療機器製造

3.外的トルクに対する耐性

外力が回転を引き起こす可能性がある場合：

• 切削力による機械加工
• ミスアライメントの可能性があるプレス用途
• 副作用のあるアプリケーション

ケーススタディ回転防止ソリューション

スウェーデンのある顧客は、包装機器のアライメントに問題を抱えていました。標準的なロッドレスシリンダーは負荷がかかるとわずかに回転し、ミスアライメントや製品損傷の原因となっていました。

私たちは、デュアルベアリングレールを備えた当社のBepto回転防止ロッドレスシリンダーを勧めました。結果はすぐに出ました：

• ローテーションの問題を完全に解消
• 95%による製品ダメージの低減
• 生産速度が15%向上
• メンテナンス頻度の低減

選考基準表

結論

適切な空気圧アクチュエータを選択するには、力の計算を理解し、ロッドエンドの負荷仕様に適合させ、回転防止などの特殊機能に対するアプリケーションのニーズを分析する必要があります。これらのガイドラインに従うことで、最適な性能を確保し、ダウンタイムを減らし、空気圧システムの寿命を延ばすことができます。

空気圧アクチュエータの選択に関するFAQ