수직 상승용 실린더 사이징 기술 가이드

Q: 중력과 상향 가속도를 모두 포함해야 합니까?

그렇습니다. 부하가 위쪽으로 가속할 때 m(g+a)를 사용한 다음 측정된 가이드 및 공정 저항을 더하십시오. NIST는 g = 9.80665 m/s²로 제시합니다. 고정된 20% 동적 여유값은 하나의 가정된 가속도에 해당할 뿐이므로 실제 동작 프로파일을 대체해서는 안 됩니다.

수직 상승용 실린더 사이징은 들어 올려야 할 질량, 필요한 상향 가속도, 측정된 저항, 액추에이터에서 사용할 수 있는 최저 압력을 확인하는 것부터 시작합니다. 그런 다음 어느 챔버가 상승 동작을 수행하는지 확인하고 설계 힘을 최소 유효 면적과 표준 보어로 환산합니다. 중력은 계산에 포함되는 항목 중 하나일 뿐입니다.

이 글은 계산 워크시트입니다. 가드, 외부 가이드, 로드 록, 브레이크 또는 정비용 지지대를 선정하지는 않습니다. 이러한 시스템 결정은 보다 포괄적인 수직 리프팅 실린더 선정 가이드에서 다룹니다.

핵심 요점

NIST에 따른 표준 중력 가속도는 9.80665 m/s²입니다.

일률적인 동적 백분율을 적용하지 말고 필요한 상향 가속도와 측정된 저항을 더하십시오.

최소 구동 포트 압력, 반대쪽 포트의 배압, 올바른 피스톤 면적을 기준으로 사이징하십시오.

계산으로 구한 보어는 공기 공급이 끊긴 뒤 부하를 확실하게 유지하지 못합니다.

발행자 정보는 회사 소개 페이지에서 확인할 수 있습니다. 기술 문의 또는 수정 요청은 문의하기를 통해 보내 주십시오.

수직 상승 사이징 조건을 정의하는 입력값은 무엇입니까?

ISO 4414:2010은 2021년 검토 후에도 현행 표준이며 공압 시스템의 일반 규칙과 안전 요구사항을 다룹니다. 모든 리프트에 동일한 보어, 작동 압력 또는 설계계수를 규정하지는 않습니다. 면적을 계산하기 전에 최대 이동 질량, 동작 프로파일, 포트 압력, 형상 및 고장 조건의 경계를 정의하십시오(ISO 4414, 2026년 열람).

이동 질량은 실린더 스트로크와 함께 무게중심이 상승하는 모든 부품을 뜻합니다. 페이로드, 툴링, 지그, 캐리지, 움직이는 로드 또는 캐리어, 케이블 베어와 기구부의 가동 부분을 포함하십시오. 실린더 본체가 어셈블리의 일부라는 이유만으로 움직이지 않는 본체까지 더해서는 안 됩니다.

최소한의 계산 시트에는 다음 입력값이 필요합니다.

입력 항목	기호	필요한 값
최대 이동 질량	$m$	kg, 페이로드 및 가동 하드웨어 포함
상향 가속도	$a$	동작 프로파일에서 얻은 m/s²
가이드 및 공정 저항	$F_{\mathrm{res}}$	N, 측정값 또는 보수적으로 문서화한 값
프로젝트 설계계수	$k_d$	적용 표준 또는 위험성 평가에서 정의
상승 방향	신장 또는 수축	전체 피스톤 면적 또는 환상 면적을 결정
최소 구동 포트 압력	$P_{\mathrm{drive,min}}$	동작 중 실린더에서의 Pa, bar 또는 MPa
최대 반대쪽 포트 압력	$P_{\mathrm{back,max}}$	구동 압력과 동일한 단위
후보 로드 지름	$d$	환상 면적이 힘에 영향을 줄 때 필요
스트로크 및 장착 방식	형상	좌굴, 정렬, 간섭 여유 검토에 필요

레귤레이터 설정 압력이 아니라 포트 압력을 사용하는 이유는 무엇일까요? 실린더에는 공급 배관, 밸브, 피팅 및 유동 손실을 거친 뒤 남은 압력이 작용합니다. 배기 중인 챔버에도 배압이 남을 수 있습니다. 허용되는 최악의 생산 부하 조건에서 두 압력을 모두 기록하십시오.

저희 경험상 취약한 수직 상승 계산을 가장 빠르게 드러내는 방법은 한 도면에 최대 질량, 필요한 가속도, 최소 구동 포트 압력, 최대 반대쪽 포트 압력이라는 네 값을 요구하는 것입니다. 이 가운데 하나라도 빠지면 정밀해 보이는 보어 결과도 여전히 가정에 기초한 값입니다.

질량과 가속도로 필요한 상향 힘 계산

NIST에서 제시하는 표준 중력 가속도는 9.80665 m/s²입니다. 따라서 100 kg 질량은 가속도, 가이드 마찰 또는 공정 저항을 더하기 전에도 980.665 N의 중력을 만듭니다. 가속도를 고정된 20% 또는 30% 여유율로 대체하지 말고 명시된 동작을 계산하십시오(NIST 국제단위계 사용 지침, 2026년 열람).

상향 동작의 기본 기계적 요구 힘은 다음과 같습니다.

F_{\mathrm{demand}} = m\left(g+a\right) + F_{\mathrm{res}}

여기서 $F_{\mathrm{demand}}$ 는 뉴턴 단위의 필요한 상향 기계력, $m$ 은 킬로그램 단위의 이동 질량, $g$ 는 중력 가속도, $a$ 는 필요한 상향 가속도이며, $F_{\mathrm{res}}$ 는 뉴턴 단위의 가이드 마찰과 외부 공정 저항을 합한 값입니다.

프로젝트에서 문서화된 설계계수를 요구한다면 그 값을 명확하게 적용하십시오.

F_{\mathrm{design}} = k_d \cdot F_{\mathrm{demand}}

계수 $k_d$ 는 모든 공압 시스템에 공통으로 적용되는 상수가 아닙니다. 지정된 부하 변동, 측정 불확도, 마모 여유 또는 회사의 설계 규칙을 반영할 수 있습니다. 미확정 질량, 가속도 또는 압력을 감추는 용도로 사용해서는 안 됩니다. 먼저 해당 입력값을 확정하십시오.

중복 계산을 피하십시오. 측정된 저항값에 이미 가이드 마찰과 툴링 힘이 포함되어 있다면 일반적인 마찰 백분율을 다시 더하지 마십시오. 마찬가지로 $a = 0.30g$ 라는 가속도 항은 이미 질량 관련 힘을 30% 증가시킵니다. 같은 가속도를 반영하는 두 번째 ‘동적 계수’를 곱하면 이중으로 계산됩니다.

가장 명확한 워크시트는 물리적 요구 힘, 프로젝트 설계계수, 후보 실린더의 능력이라는 세 계층을 분리합니다. 그러면 모든 가정이 드러나고 검토자가 전체 계산을 다시 만들지 않고도 하나의 입력값을 변경할 수 있습니다.

상승용 챔버와 유효 압력 선택

Parker는 이론 실린더 힘이 $F = P \cdot A$ 관계를 따르며, 피스톤 로드 때문에 수축 측 면적이 줄어들므로 미는 힘과 당기는 힘을 별도로 제시한다고 설명합니다. 수직 상승 사이징에도 같은 구분이 적용됩니다. 신장 동작에는 일반적으로 전체 피스톤 면적을 사용하고, 수축 동작에는 더 작은 환상 면적을 사용합니다(Parker 공압 액추에이터 제품 자료, 2025년).

보어 지름 $D$ 와 로드 지름 $d$ 에 대해 다음과 같이 계산합니다.

A_p = \frac{\pi D^2}{4}

A_a = \frac{\pi\left(D^2-d^2\right)}{4}

여기서 $A_p$ 는 전체 피스톤 면적이고 $A_a$ 는 환상 면적입니다. SI 단위를 일관되게 사용하십시오. 지름을 미터로 입력하면 면적은 제곱미터, 압력은 파스칼, 힘은 뉴턴으로 계산됩니다.

신장 동작으로 부하를 들어 올리면 압력이 전체 피스톤 면적에 작용하고 로드 측 배압이 움직임에 반대합니다.

F_{\mathrm{up,ext}} = P_{\mathrm{cap}}A_p - P_{\mathrm{rod}}A_a - F_{\mathrm{loss}}

수축 동작으로 부하를 들어 올리면 로드 측 압력이 환상 면적에 작용하고 캡 측 압력이 움직임에 반대합니다.

F_{\mathrm{up,ret}} = P_{\mathrm{rod}}A_a - P_{\mathrm{cap}}A_p - F_{\mathrm{loss}}

$F_{\mathrm{loss}}$ 는 기계적 요구 힘에 아직 포함되지 않은 실린더 내부 및 연결부 손실을 나타냅니다. 제조사 데이터, 측정 성능 또는 문서화된 보수적 여유값을 사용하십시오. 비교식 양쪽에서 같은 손실을 중복으로 빼지 마십시오.

수축 상승 방식은 $A_a$ 가 $A_p$ 보다 작기 때문에 더 큰 보어가 필요할 수 있습니다. 또한 로드 좌굴, 오염 노출, 장착 및 고장 시 거동도 달라질 수 있습니다. 힘 계산을 확정하기 전에 실제 설치 방향을 선택하십시오.

설계 힘을 최소 보어로 환산

Parker의 OSP-P 데이터에는 6 bar에서 보어 50, 63, 80 mm의 이론 힘이 각각 1,178 N, 1,870 N, 3,016 N으로 제시되어 있습니다. 이 값은 압력과 면적의 곱으로 계산되며, 소수점 한 자리 오류만으로도 수직축을 열 배 크게 또는 작게 선정할 수 있음을 보여 줍니다(Parker OSP-P 기술 데이터, 2025년).

신장 동작의 1차 계산에서는 해당 단순화가 회로에 부합하는 경우에만 구동 압력과 배압을 보수적인 유효 압력으로 결합하십시오.

P_{\mathrm{eff}} = P_{\mathrm{drive,min}} - P_{\mathrm{back,max}}

그런 다음 필요한 면적을 추정합니다.

A_{\mathrm{req}} = \frac{F_{\mathrm{design}}}{P_{\mathrm{eff}}}

D_{\mathrm{min}} = \sqrt{\frac{4A_{\mathrm{req}}}{\pi}}

$A_{\mathrm{req}}$ 는 카탈로그 실린더를 선택하기 전의 최소 유효 면적입니다. $D_{\mathrm{min}}$ 은 이에 해당하는 이론 보어입니다. 다음으로 큰 표준 보어를 선택한 뒤 실제 로드 지름, 챔버 면적, 포트 압력 및 문서화된 손실 여유값으로 계산을 반복하십시오.

도구실린더 선정실린더 보어 크기 계산기설계 상승력과 보수적인 유효 압력으로 최소 보어를 추정한 다음, 실제 구동 압력, 배압, 로드 지름 및 손실을 반영하여 선택한 실린더를 검증하십시오.필요 면적 = 설계 힘 / (압력 × 효율 × 속도 기반 하중 계수)사이징 입력 모드필요 하중 또는 이동 질량이동 방향가이드 마찰계산기 열기

이 계산기는 1차 검토용 도구입니다. 하나의 작동 압력 입력값만으로는 모든 2챔버 압력 조건을 모델링할 수 없습니다. 측정 배압이 중요하다면 적절히 보수적인 유효 압력을 입력하고 위의 전체 챔버 힘 방정식으로 결과를 확인하십시오.

계산 예제: 120 kg 수직 상승 부하 사이징

NIST의 중력값 9.80665 m/s²를 사용하면 0.8 m/s²로 위쪽으로 가속하는 120 kg 어셈블리에서 질량과 가속도만으로 1,272.8 N이 발생합니다. 문서화된 가이드 및 공정 저항 150 N을 더하면 프로젝트의 설계계수를 적용하기 전 요구 힘은 1,422.8 N입니다(NIST, 2026년 열람).

다음 설계 입력값을 가정합니다.

입력 항목	값
최대 이동 질량	120 kg
필요한 상향 가속도	0.8 m/s²
가이드 및 공정 저항	150 N
프로젝트 설계계수	1.25
상승 방향	신장
동작 중 최소 캡 측 압력	0.55 MPa
최대 로드 측 배압	0.05 MPa
후보 로드 지름	25 mm
후보 내부 손실 여유값	압력 힘의 10%

먼저 기계적 요구 힘을 계산합니다.

F_{\mathrm{demand}} = 120\left(9.80665+0.8\right)+150 = 1{,}422.8\ \mathrm{N}

프로젝트에서 정의한 계수를 적용합니다.

F_{\mathrm{design}} = 1.25 \cdot 1{,}422.8 = 1{,}778.5\ \mathrm{N}

예비 보어 추정에는 유효 압력 0.50 MPa를 사용합니다.

A_{\mathrm{req}} = \frac{1{,}778.5}{500{,}000} = 0.003557\ \mathrm{m^2}

D_{\mathrm{min}} = \sqrt{\frac{4\left(0.003557\right)}{\pi}} = 0.0673\ \mathrm{m}

이론상 최소값은 67.3 mm이므로 예비 표준 규격은 63 mm가 아니라 80 mm입니다. 이제 실제 25 mm 로드와 양쪽 포트 압력을 사용하여 80 mm 후보를 검증합니다.

A_p = \frac{\pi\left(0.08\right)^2}{4} = 0.005027\ \mathrm{m^2}

A_a = \frac{\pi\left(0.08^2-0.025^2\right)}{4} = 0.004536\ \mathrm{m^2}

F_{\mathrm{pressure}} = 550{,}000A_p - 50{,}000A_a = 2{,}537.8\ \mathrm{N}

예제에서 정한 10% 내부 손실 여유값을 적용하면 다음과 같습니다.

F_{\mathrm{usable}} = {0.90} \cdot 2{,}537.8 = 2{,}284.0\ \mathrm{N}

이 예제의 후보 실린더는 명시된 가정에서 설계 요구 힘 1,778.5 N에 대해 약 2,284 N을 제공합니다. 이는 힘에 대한 1차 검토를 통과한 것이지 최종 승인이 아닙니다. 설계를 확정하기 전에 예시로 적용한 10%와 양쪽 포트 압력을 구성된 제품의 제조사 데이터 또는 측정값으로 대체하십시오.

실린더가 수축하면서 부하를 들어 올리는 경우에는 어떻게 해야 할까요? 구동 면적으로 환상 면적을 사용해 계산을 반복하십시오. 신장 동작의 결과를 그대로 사용하지 마십시오.

선택한 보어를 실제 실린더 조건으로 검증

SMC의 에어 실린더 선정 데이터는 작동 압력 0.3, 0.5, 0.7 MPa와 풋, 플랜지, 클레비스, 트러니언 장착 조건에 따라 서로 다른 최대 스트로크를 계산합니다. 이는 보어 힘만으로 긴 압축 스트로크를 승인할 수 없음을 보여 줍니다. 로드 지름, 압력, 스트로크 및 장착 방식에 따라 좌굴 한계가 달라집니다(SMC 에어 실린더 모델 선정, 2026년).

표준 보어를 선택한 뒤에는 일반적인 크기가 아니라 실제 구성 제품을 기준으로 다음을 확인하십시오.

실제 포트 압력에서 이론 및 가용 신장력과 수축력을 확인합니다.
제조사가 허용하는 압력, 속도, 스트로크, 장착 방식, 설치 방향 및 온도 범위를 확인합니다.
로드가 압축 하중을 받으며 위로 미는 경우 피스톤 로드 좌굴을 확인합니다. 1차 검토에는 로드 좌굴 계산기를 사용한 다음, 선택한 제조사의 도표를 따르십시오.
가이드 하중과 전도 모멘트를 별도로 확인합니다. 표준 피스톤 로드를 페이로드의 리니어 가이드로 사용해서는 안 됩니다.
필요한 상승 속도에서 유량, 밸브 용량, 튜브 압력 손실, 배기 저항을 계산합니다. 보어가 커지면 공기 수요도 증가합니다.
이동 질량과 속도를 쿠션 또는 외부 쇼크 업소버의 에너지 한계와 비교하여 확인합니다.
브래킷, 핀, 체결부품, 프레임 강성, 정렬, 전체 스트로크 간섭 여유를 확인합니다.

보어를 정한 뒤 미는 힘과 당기는 힘을 별도로 확인하려면 공압 실린더 힘 계산기를 사용하십시오. 입력 압력은 압축기 명판 압력이 아니라 액추에이터에서 측정하거나 계산한 압력과 일치해야 합니다.

저희가 다룬 사례를 보면 80 mm라는 선정값에는 로드 지름, 스트로크, 장착 방식, 압력 범위, 속도, 쿠셔닝, 씰, 센서 구성, 부하 유지 전략이라는 완전한 사양이 붙어야 비로소 결과가 됩니다. 보어는 한 가지 질문에 답할 뿐입니다. 실제 구성된 실린더가 적용 조건 전체에 답합니다.

이 계산으로 입증할 수 없는 사항

ISO 13849-1:2023은 안전 관련 제어 시스템 설계를 다루고, OSHA 29 CFR 1910.147은 해당 정비 작업 중 위험 에너지 제어를 다룹니다. 어느 표준도 올바르게 사이징된 공압 실린더 보어가 공기 공급 상실 후 매달린 부하를 유지한다고 규정하지 않습니다. 동작, 부하 유지, 비상 정지, 가드 및 정비용 지지를 별도의 기능으로 취급하십시오(ISO 13849-1; OSHA).

이 워크시트로는 다음 사항을 입증할 수 없습니다.

클로즈드 센터 밸브가 확실한 부하 유지 기능을 제공하는지 여부
파일럿 작동 체크 밸브가 모든 튜브, 씰, 밸브 또는 구조적 고장에 대응하는지 여부
로드 록이 정지한 부하를 유지하는 데 그치지 않고 움직이는 부하를 제동할 수 있는지 여부
가이드가 적용된 측면 하중과 모멘트를 지지할 수 있는지 여부
쿠션이 가동 어셈블리의 운동 에너지를 흡수할 수 있는지 여부
기계가 요구되는 안전 성능 수준에 도달하는지 여부
상승한 부하가 정비 중에도 안전한지 여부

구성, 가이드, 속도 제어, 스트로크 끝단 에너지, 공기 상실 시 거동, 시운전 및 정비 격리에 대해서는 수직 리프팅 종합 선정 가이드를 참조하십시오. 기계식 유지 장치를 검토할 때는 실린더 로드 록 가이드를 참조하십시오.

튜브가 파열되거나, 씰이 누설되거나, 전원이 끊기거나, 누군가 기계를 정비할 때에도 축이 움직일 수 있습니까? 보어 계산만으로는 답할 수 없습니다. 위험성 평가와 검증된 기계 아키텍처가 답해야 합니다.

수직 상승용 실린더 사이징 FAQ

NIST는 표준 중력을 9.80665 m/s²로 규정하며, Parker의 6 bar 데이터에는 50 mm 보어의 힘이 11,780 N이 아니라 1,178 N으로 제시되어 있습니다. 이 두 값은 킬로그램과 뉴턴을 혼동하거나 압력-면적 계산에서 소수점을 한 자리 옮기는 등 수직 상승 사이징에서 흔한 오류를 찾아냅니다(NIST; Parker).

중력과 상향 가속도를 모두 포함해야 합니까?

그렇습니다. 부하가 위쪽으로 가속할 때 $m(g+a)$ 를 사용한 다음 측정된 가이드 및 공정 저항을 더하십시오. NIST는 $g = 9.80665\ \mathrm{m/s^2}$ 로 제시합니다. 고정된 20% 동적 여유값은 하나의 가정된 가속도에 해당할 뿐이므로 실제 동작 프로파일을 대체해서는 안 됩니다.

수직 상승 동작에는 어느 피스톤 면적을 사용해야 합니까?

신장 동작으로 부하가 상승하면 전체 피스톤 면적을 사용하고, 수축 동작으로 부하가 상승하면 환상 면적을 사용하십시오. Parker는 로드가 수축 측 면적을 줄이기 때문에 미는 힘과 당기는 힘을 별도로 제시합니다. 보어를 승인하기 전에 반대쪽 챔버의 배압을 포함하고 실제 구성된 로드 지름을 사용하십시오.

보어 계산에 레귤레이터 설정 압력을 사용할 수 있습니까?

최악의 정상 수요 조건에서 구동 포트에 걸리는 최소 압력을 나타내는 경우가 아니라면 사용할 수 없습니다. 밸브, 튜브, 피팅 및 공용 공급 계통의 손실은 실린더 압력을 낮출 수 있고 배기 저항은 반대 방향의 배압을 만듭니다. 양쪽 포트를 측정하거나 전체 사이클에 대해 보수적인 압력 범위를 계산하십시오.

수직 상승 사이징에는 어떤 설계계수를 사용해야 합니까?

모든 수직축에 공통으로 적용되는 1.5 또는 2.0의 계수는 없습니다. 프로젝트 표준, 부하 변동, 측정 불확도, 듀티, 부품 지침 및 위험성 평가를 근거로 $k_d$ 를 정의하십시오. 중복 계산을 피하려면 알려진 질량, 가속도, 마찰, 배압 및 제조사 디레이팅과 분리하여 적용하십시오.

충분히 큰 보어를 선택하면 부하 추락을 막을 수 있습니까?

아닙니다. 보어 사이징은 명시된 압력 조건에서 실린더가 필요한 동작 힘을 낼 수 있는지 보여 줍니다. 공기 상실, 튜브 파손, 밸브 누설, 씰 바이패스, 구조적 고장 또는 정비 작업 이후에 부하를 확실하게 구속하지는 못합니다. 부하 유지는 별도의 기계 기능으로 선정하고 검증하십시오.

출처 및 기술 참고자료

NIST 국제단위계(SI) 사용 지침. 근거 역할: 표준 중력 가속도. 출처 유형: 국가 계량 기관, 2026년 열람.
ISO 4414:2010. 근거 역할: 공압 시스템 일반 규칙 및 안전 적용 범위. 출처 유형: 국제 표준, 2021년 검토 및 유효성 확인.
ISO 13849-1:2023. 근거 역할: 안전 관련 제어 시스템 설계 방법론. 출처 유형: 국제 표준.
Parker 공압 액추에이터 제품 자료. 근거 역할: 압력-면적 힘 공식과 미는 힘/당기는 힘 구분. 출처 유형: 제조사 엔지니어링 카탈로그, 2026-07-19 조회.
Parker OSP-P 기술 데이터. 근거 역할: 6 bar 이론 힘 값. 출처 유형: 제조사 엔지니어링 카탈로그, 2026-07-19 조회.
SMC 에어 실린더 모델 선정. 근거 역할: 장착 방식에 따른 로드 좌굴 및 최대 스트로크 선정. 출처 유형: 제조사 엔지니어링 카탈로그, 2026-07-19 조회.
OSHA 29 CFR 1910.147. 근거 역할: 해당 정비 작업 중 위험 에너지 제어. 출처 유형: 정부 규정.