空気圧システムの主なシリンダ公式は次のとおりです。 F = P x A: 力は作動圧力と有効ピストン面積の積に等しい。伸長にはピストン領域全体を使用し、シングルロッドの収縮にはロッド領域を差し引いて、 speed = flow / area ファーストパス速度を計算し、チャンバー容積、圧力比、サイクルレートから空気消費量を計算します。
それは簡単なことのように思えます。現場での間違いは、正しい式を間違った圧力、間違った面積、または間違った単位で使用することです。 6 bar に設定されたレギュレーターは、動作中のシリンダーポートでの 6 bar を保証するものではなく、外表面積の合計では推力を計算しません。
シリンダーフォース 作動圧力がピストン面に作用するときに生じる理論上の押し込みまたは引き込みです。 有効ピストン面積 ロッド領域が後退側で除去された後、実際に圧力がかかる領域です。
重要なポイント
F = P x Aは開始式です。 NIST では 1 psi を 6,894.757 Pa と記載しています。- ISO 15552 は、最大 10 bar および 32 mm ～ 320 mm のボアの標準シリンダーをカバーします。
- 空気使用の場合、SMC にはシリンダー容積、配管容積、サイクル速度、圧力、コンプレッサーマージンが含まれます。
便利な近道は、すべての円柱の計算を単一の答えではなくマップとして扱うことです。力があなたに退屈を告げます。スピードは流れを教えてくれます。空気消費量からコンプレッサーの需要がわかります。ロッドエリアがリトラクト力を示します。圧力降下は、実際のマシンがワークシートと一致しない理由を示します。
基本的なシリンダ力の計算式とは何ですか?
基本的なシリンダ力の公式は次のとおりです。 F = P x A、圧力がピストンの有効面積に作用します。 AutomationDirect も同じ関係を示し、ボア 4 インチのシリンダーのピストン面積が 12.57 in2 で、実際の損失が生じる前に 100 psi で 1,257 lbf を生成することを示しています (オートメーションダイレクト, 2026).
きれいな式は次のとおりです。
推力 = 圧力 x 有効面積
F = P x A
一貫した単位を使用します。
| 圧力単位 | エリア単位 | 力の出力 |
|---|---|---|
| psi | in2 | ポンド |
| バー | mm2 | N、圧力をN/mm2に換算後 |
| MPa | mm2 | N |
| パ | m2 | N |
メートル単位の空気圧作業の場合、最も速い変換は次のとおりです。
1 bar = 0.1 N/mm2
6 bar = 0.6 N/mm2
推力（N） = pressure_bar x 0.1 x area_mm2
この 1 行により、よくある 10 倍のエラーが防止されます。誰かが増えたら 6 x area_mm2、バーを N/mm2 であるかのように使用しました。 6 bar での正しい乗数は次のとおりです。 0.6、 ない 6.
伸長力
伸張力はピストン領域全体を使用します。
A_piston = pi x ボア径^2 / 4
F_extend = 圧力 x A_piston
6 bar で 63 mm のボアの例:
A_piston = pi x 63^2 / 4 = 3,117 mm2
F_extend = 0.6 x 3,117 = 1,870 N
それが理論的な力です。使用可能な設計力には、摩擦、圧力降下、背圧、加速度、荷重方向、マージンが含まれます。
後退力
片ロッド複動シリンダの引き込み力は環状領域を使用します。
A_rod = pi x ロッド径^2 / 4
A_retract = A_piston - A_rod
F_retract = 圧力 x A_retract
20 mm ロッドを使用した 63 mm ボアの場合:
A_rod = pi x 20^2 / 4 = 314 mm2
A_retract = 3,117 - 314 = 2,803 mm2
F_retract = 0.6 x 2,803 = 1,682 N
では、なぜリトラクト力が弱く感じるのでしょうか？ロッドは、圧力が作用するピストン面の一部を占めます。同じ圧力であれば、面積が小さいほど力は小さくなります。さらに詳しく知りたい場合は、次の専用ガイドを使用してください。 空気圧シリンダロッドエリア.
安全マージン
AutomationDirect のサイジング ページでは、実際の要件より少なくとも 25% 上回る力を計算して設計することを推奨しており、その選択ビデオでは、摩擦、圧力降下、および関連要素の 25% 増加を使用しています (AutomationDirect ビデオ、2026）。これは実質的な開始マージンであり、リスクの検討に代わるものではありません。
この最初のパスを使用します。
必要理論推力 = 実負荷力 x 1.25
必要面積 = 必要理論推力 / 作動圧力
次に、最も近い標準穴を確認してください。ボアの利用可能性、取り付け、速度、クッション性、空気供給が完了する前に停止するフォースワークシートは終了しません。
ピストン部、ロッド部、ユニットのチェック
ピストン面積はボア径から計算されますが、標準シリンダーの選択にも寸法制限があります。 ISO 15552:2018 は、定格 1,000 kPa または 10 bar、内径 32 mm ～ 320 mm の取り外し可能な取り付け可能な空気圧シリンダーをカバーしており、ISO は 2025 年に規格を確認しました (ISO, 2025).
面積の公式は次のとおりです。
A = pi x D^2 / 4
どこ：
Aピストン部分です。Dはボア径です。- このバージョンの式では、半径ではなく直径を使用します。
役に立つボアチェックポイントは次のとおりです。
| ボア | ピストン部 | 6 barでの力 | 100 psi での力 |
|---|---|---|---|
| 32mm | 804mm2 | 482 N | 125 lbf (同等の 1.26 を使用した場合) |
| 40mm | 1,257mm2 | 754 N | 195 lbf (同等の 1.57 を使用した場合) |
| 50mm | 1,963mm2 | 1,178 N | 304 lbf (同等の 1.97 を使用した場合) |
| 63mm | 3,117mm2 | 1,870 N | 483 lbf (同等の 2.48 を使用した場合) |
| 80mm | 5,027mm2 | 3,016 N | 779 lbf (同等の 3.15 を使用した場合) |
NIST リスト 1 psi = 6,894.757 Paしたがって、帝国からメートルへの変換では、力の比較の前に圧力単位を通過する必要があります (NIST、2025年）。 psi、bar、平方インチ、平方ミリメートルを変換せずに 1 行に混在させないでください。
ユニットトラップ
数式の結果を信頼する前に、このチェックリストを使用してください。
| チェック | 正しい方法 | よくあるエラー |
|---|---|---|
| 直径と半径 | A = pi x D^2 / 4 | 直径を使用する pi x r^2 |
| バーからN/mm2 | bar x 0.1 | 面積をバーで直接乗算する |
| リトラクトエリア | piston area - rod area | 両方の方向でピストン領域全体を使用する |
| ゲージと絶対値 | 力は圧力差を使用します | 大気圧を2回使用する |
| 公開されたボア | カタログのボアと一致する | バレル外径の測定 |
私たちの経験では、不正なシリンダーの公式を見つける最も早い方法は、すべての数値の後に書かれている単位を尋ねることです。 「ボア63、圧力6、力18700」は計算ではありません。 「63mmボア、6バール、理論伸長力1,870N」です。
配合選択表
ジョブに一致する式を使用してください。
| 質問 | 式 | これを使用してください |
|---|---|---|
| 押す力はどれくらいですか？ | F_extend = P x A_piston | 伸長推力 |
| 引っ張る力はどれくらいですか？ | F_retract = P x (A_piston - A_rod) | シングルロッド後退 |
| ボアサイズはどれくらいですか？ | A = F / P、 それから D = sqrt(4A / pi) | 初期シリンダーサイジング |
| ピストンのどの部分ですか？ | A = pi x D^2 / 4 | 力と速度のチェック |
| どのロッドエリアですか？ | A_rod = pi x d_rod^2 / 4 | リトラクト力と風量 |
| 外側の表面は何ですか? | 2 x pi x r x h + 2 x pi x r^2 | コーティング、洗浄、熱、力ではありません |
コーティングや熱への曝露に関するご質問の場合は、 表面積計算記事。質問が突っ込みどころの場合は、ピストン領域にとどまってください。
シリンダー速度はどのように計算しますか?
シリンダー速度は圧力の問題だけでなく、流量の問題でもあります。 SMC は実用的な空気圧速度関係を提供します s = 28.8q / A、 どこ s インチ/秒、 q SCFM であり、 A は in2 のピストン面積です。ポートとチューブも速度に影響することを警告します (SMC, 2026).
簡略化した式は次のとおりです。
速度 = 流量 / 有効面積
SMC のインペリアル形式では次のようになります。
s = 28.8q / A
どこ：
s= ピストン速度 (インチ/秒)。q= SCFM の空気の流れ。A= 平方インチ単位のピストン面積。
例：
q = 5 SCFM
A = 3.14 in2
s = 28.8 x 5 / 3.14 = 45.9 in/s
その結果は理論上のものです。実際の速度は入口圧力、負荷、排気絞り、バルブCv、チューブ長、継手サイズ、マフラー、クッション、メータアウト調整などにより異なります。
圧力が力を生み、流れが速度を生む
このフレーズは完璧な物理学ではありませんが、有用な現場言語です。圧力は利用可能な力を設定します。流量は、チャンバーの充填と排気の速度を設定します。
シリンダーに計算された十分な力があるにもかかわらず、動きが遅い場合は、空気経路から始めます。
- 移動中のシリンダポートの圧力を測定します。
- チェック 電磁弁 流量能力。
- チューブの内径と長さを確認してください。
- 排気マフラーとサイレンサーを点検してください。
- 調整する 流量制御バルブ 排気側です。
- 確認してください FRLユニット そしてレギュレーターは流量を保持できます。
SMC は、アクチュエータの速度制御に関する業界の一般的な慣行は、多くの場合、メータアウト流量制御またはニードル バルブを使用して排気流を制御することであると述べています (SMC、2026）。スピードに関する苦情がシリンダーだけでなくサーキットに関係することが多いのはこのためです。
スピードとロッドエリア
シングルロッドシリンダでは後退側の容積が小さいため、後退速度は前進速度よりも速くなります。ロッドは、その側のアクティブなチャンバー容積を減少させます。
使用：
伸長速度 = ヘッド側への流入流量 / ピストン面積
後退速度 = ロッド側への流入流量 / 環状面積
Annulus 面積 = ピストン面積 - ロッド面積
実機ではリトラクトが常に高速に動作するというわけではありません。バルブ流量、排気背圧、負荷方向、クッションによって、単純な面積計算で予測されることが逆転する可能性があります。
空気消費量とコンプレッサーのサイジング公式
空気消費量には、シリンダー容積、配管容積、圧力、サイクル速度、コンプレッサーマージンが含まれます。 SMCでは、空気消費量を切換弁が作動するたびにシリンダや配管内で使用する空気と定義しており、その例では10シリンダで5サイクル/minの場合、ANRは678L/minに達します（SMC, 2026).
空気消費量 チャンバー容積、圧力比、ストローク数、および配管容積を大気基準状態に戻した後、シリンダー回路が 1 分あたりに使用する自由空気の量です。
AutomationDirect では、シリンダー空気消費量をシリンダー容積、サイクル時間、入口圧力の関数として記述し、通常は自由空気の SCFM として表されます (オートメーションダイレクト、2026）。 Festo の計算機は、シリンダー サイズ、ストローク長、動作圧力をコア入力として使用します (フェスト, 2026).
複動片ロッドシリンダの場合：
V_extend = A_piston x ストローク
V_retract = (A_piston - A_rod) x ストローク
V_cycle = V_extend + V_retract
SCFM の場合:
SCF_per_cycle = V_cycle_in3 x (P_gauge + 14.7) / (14.7 x 1728)
SCFM = SCF_per_cycle x cycles_per_minute
の 14.7 この項はゲージ圧を近似絶対圧 (psi) に変換します。の 1728 この用語は立方インチを立方フィートに変換します。
例：
ボア径 = 2 in
ロッド径 = 0.625 in
ストローク = 6 in
圧力 = 80 psi
サイクル数 = 30/min
A_piston = 3.14 in2
A_rod = 0.31 in2
A_retract = 2.83 in2
V_cycle = (3.14 + 2.83) x 6 = 35.82 in3
SCF/cycle = 35.82 x (80 + 14.7) / (14.7 x 1728) = 0.134 SCF
SCFM = 0.134 x 30 = 4.0 SCFM
つまりシリンダー室の空気のみです。バルブがアクチュエーターから離れて取り付けられている場合は、バルブからシリンダーまでのチューブの体積を追加します。 AutomationDirect の空気消費量のページでも、一部の空気圧プロジェクトではチューブの消費量が重大になる可能性があると指摘しています (オートメーションダイレクト, 2026).
コンプレッサーマージン
SMC では、余裕のある容量のコンプレッサーを選択することを推奨し、計算された空気消費量の 1.4 倍を最小基準とし、必要に応じて容量を増やします (SMC、2026）。実際のシステムには漏れ、温度の影響、同時需要、チューブの体積、将来の機器が含まれるため、このマージンは役立ちます。
使用：
コンプレッサの最低容量 = 算出した総需要量 x 1.4
次に、植物の状態を確認します。 DOE のソースブックによると、一部の産業用圧縮空気システムでは漏れによりコンプレッサー出力の 20 ～ 30% が無駄になる可能性がある一方、プロアクティブな漏れ検出により漏れをコンプレッサー出力の 5 ～ 10% 未満に削減できると記載されています (DOE ソースブック, 2016).
空気使用決定表
| 変化 | フォース効果 | スピード効果 | 空気消費効果 |
|---|---|---|---|
| より大きなボア | より高い力 | 同じ流れでは遅い | ストロークあたりの値が高い |
| ロングストローク | 静的力の増加なし | 充填/排気時間が長くなる | サイクルあたりの増加 |
| 高圧 | より高い力 | レスポンスを向上させることができる | サイクルあたりの増加 |
| 小さいチューブ | 理論上の力の増加なし | 速度が遅くなり、圧力降下が大きくなる | エネルギーを浪費する可能性がある |
| より多くのサイクル/分 | フォースゲインなし | より多くのフローが必要です | より高いSCFM |
| ロッドレスシリンダ | 自由力が得られない | 輸送と流れによって異なります | ボアとストロークによる |
ロッドの伸縮スペースが問題となるロングストローク用途の場合は、 ロッドレスシリンダ ボアを増やすだけではなく。
実機の選択にはどの公式を使用する必要がありますか?
故障モードを答える式を使用して、アクチュエータの圧力を確認します。 CAGIは、適切に設計された圧縮空気システムは、通常、コンプレッサーの吐出から使用時点までの圧力降下が10%以下であると述べていますが、DOEは、漏れ管理が不十分だと空気容量の20～30%が無駄になる可能性があると警告しています(CAGI, 2026; DOE ソースブック, 2016).
空気圧シリンダー式は開始時の推定値です。最終的な選択には依然としてマシン コンテキストが必要です。
| 選択質問 | 開始する式 | 次に確認すること |
|---|---|---|
| それは負荷を押し上げるでしょうか？ | F = P x A | 動圧、摩擦、安全マージン |
| それは負荷を引っ張るでしょうか？ | P x (A_piston - A_rod) | ロッド側面積、背圧、荷重方向 |
| サイクルタイムに達するでしょうか? | speed = flow / area | バルブの流れ、チューブ、排気、クッション |
| コンプレッサーはついてきますか？ | チャンバー容積 x 圧力比 x サイクル | チューブ容積、漏れ、同時需要 |
| 合うでしょうか？ | ストローク＋取付寸法 | ISO/NFPA スタイル、ブラケット、センサー、ポート |
| それは続くでしょうか？ | 運動エネルギーと負荷モーメントのチェック | クッション、サイドロード、ガイド、アライメント |
RFQ 式ワークシート
サイズ変更または交換リクエストとともに次の値を送信します。
- 負荷力と動作方向。
- ボア、ストローク、ロッド径、シリンダタイプ。
- 動作中のシリンダポートの作動圧力。
- 必要な伸縮力。
- 必要なサイクルタイムと目標速度。
- バルブ型式、接続口径、チューブ内径、チューブ長さ。
- サイクル レート、デューティ サイクル、推定 SCFM または L/min ANR。
- 取り付けスタイル、ガイド荷重、横荷重、およびクッションの要件。
- 環境：粉塵、洗浄、熱、オイルミスト、屋外暴露。
- 古いシリンダーのラベル、ポート、ロッド、ブラケット、センサーの写真。
製品の選択は、 標準空気圧シリンダ ストロークとロッドの伸びが機械に適合するかどうかを確認します。を確認してください FRLユニット, 圧力調整器, 電磁弁、 そして ポリウレタンチューブ シリンダーが間違っていると判断する前に。
最良の RFQ には、多くのワークシートがスキップする 2 つの数値が含まれていることがわかりました。それは、シリンダー ポートでの圧力の移動と、バルブからポートまでのチューブの長さです。これらの数字は、「公式はイエスと言い、機械はノーと言う」多くの失敗を説明しています。
高度な数式が重要な場合
荷重が高速で移動する場合、激しく停止する場合、または垂直にぶら下がる場合は、高度な公式を使用します。
加速力 = 質量 x 加速度
運動エネルギー = 0.5 x 質量 x 速度^2
動力 = 推力 x 速度
総必要 推力 = 負荷 + 摩擦 + 加速度 + 余裕率
高速走行にはクッション性が重要です。垂直軸の場合、閉じ込められた空気と圧力損失の挙動が重要になります。側面荷重の場合、ボアサイズよりもガイドまたはロッドレスガイド付きアクチュエータが重要になる場合があります。
より広範な強制パスのトラブルシューティングについては、関連記事を使用してください。 空気圧シリンダーの動力。システム理論については、以下を参照してください。 空気圧シリンダー理論.
FAQ: 空気圧システムのシリンダー式
これらの回答により、主要な式が分離されます。力には圧力と有効断面積が使用され、速度には流量と面積が使用され、空気消費量には体積、圧力比、サイクル レートが使用されます。 ISO 15552 の 10 バール シリンダー スコープと NIST の psi 変換は、数値をチェックするための有用なガードレールです (ISO, 2025; NIST, 2025).
シリンダ力の基本公式は何ですか?
基本的なシリンダ力の公式は次のとおりです。 F = P x A、ここで、力は作動圧力と有効ピストン面積の積に等しい。拡張にはピストン領域全体を使用します。シングルロッドの後退の場合は、圧力を掛ける前にピストン面積からロッド面積を減算します。 6 bar で、次を使用します。 0.6 N/mm2.
空気圧シリンダの速度はどのように計算しますか?
使用 speed = flow / effective area 最初のパスとして。 SMCが与える s = 28.8q / A インチ/秒の場合 q はSCFMであり、 A 2にあります。実際の速度は、バルブ流量、チューブのサイズ、排気制限、負荷、クッションによって異なります。
円柱面積の公式とは何ですか?
ピストンエリアは A = pi x D^2 / 4、 どこ D はボア径です。ロッド面積はロッド直径と同じ計算式を使用します。片ロッドシリンダの後退有効面積は piston area - rod areaこれが、同じ圧力で収縮する力が伸長する力よりも小さい理由です。
シリンダーの空気消費量はどのように計算しますか?
拡張チャンバー容積と収縮チャンバー容積を計算し、絶対圧力比を乗算し、次に 1 分あたりのサイクルを乗算します。複動片ロッドシリンダの場合は、 (A_piston x stroke) + ((A_piston - A_rod) x stroke)、バルブが離れているときにチューブの体積を追加します。
シリンダーの計算ではどのような安全係数を使用する必要がありますか?
AutomationDirect では、実際の要件より少なくとも 25% 上回る力の計算値を推奨しており、そのシリンダー選択ビデオでは、摩擦、圧力降下、および関連する影響を考慮して 25% の追加を使用しています。垂直方向の動き、変動する荷重、衝撃、不十分な空気供給、摩耗した機器、または安全関連の保持作業に対しては、より多くのマージンを使用してください。
計算された力が実際の機械と一致しないのはなぜですか?
この式では、理想的な有効圧力と面積が使用されます。実際の機械は、圧力降下、漏れ、シール摩擦、排気背圧、横荷重、アライメント誤差、加速要求によって使用可能な力を失います。 CAGI の 10% の圧力降下基準と DOE の 20 ～ 30% の漏れ警告は、ポート圧力測定が重要である理由を説明しています。
出典
- AutomationDirect: シリンダーのサイズと力、力の式、ピストン面積の例、100 psi での 4 インチのボア、ロッド側の力の注記、および設計マージン。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- AutomationDirect ビデオ: 空気圧シリンダの選択方法、25% の力の許容値とボア選択のウォークスルー。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- ISO 15552:2018、1,000 kPa (10 bar) 標準シリンダー スコープ、32 mm ～ 320 mm のボア範囲、2025 年現在を確認。 2026 年 6 月 4 日閲覧。
- NIST: 圧力とガス流量の単位変換、 psi からパスカルへの変換表。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- SMC: シリンダーのエア流量を制御、シリンダ速度関係
s = 28.8q / Aメーターアウト速度制御ガイダンス。 2026 年 6 月 4 日に取得。 - SMC Best Pneumatics: エアシリンダの機種選定、シリンダ空気消費量、配管空気量、コンプレッサーサイジングマージン、L/min ANR例。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- AutomationDirect: 空気消費量、SCFM フレームおよびシリンダー/チューブの空気消費量計算コンテキスト。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- Festo: シリンダーの空気消費量、シリンダサイズ、ストローク長、作動圧力などの空気消費量入力。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- CAGI: 圧力損失に関する技術概要、適切に設計された圧縮空気システムの 10% 圧力降下の基準。 2026 年 6 月 4 日に取得。
- DOE: 圧縮空気システムのパフォーマンスの向上、業界向けソースブック、漏れ損失範囲および漏れ管理ガイダンス。 2026 年 6 月 4 日に取得。