공압 실린더의 이론 추력은 압력이 작용하는 면적에 압력을 곱한 값입니다. 단순한 전진 계산에서는 2인치 구경을 80 psi로 사용하면 피스톤 면적이 3.14 in²이므로 약 251 lbf가 됩니다. 이 결과는 80 psi가 캡 측에 도달하고 반대쪽 압력을 무시할 수 있을 때만 맞습니다.
완전한 엔지니어링 확인에서는 실린더 형상, 운동 방향, 양쪽 포트의 압력, 카탈로그 정격의 의미를 특정해야 합니다. 단일 로드 실린더는 전진과 후진의 면적이 다릅니다. 양로드 실린더는 환형 면적이 같을 수 있습니다. 로드리스 및 탠덤 구조에는 각각 고유한 제품 한계가 있습니다.
이 글은 이론 추력 검증에 초점을 둡니다. 부하율 선정과 사용 가능한 추력 여유는 공압 실린더 선정의 추력 계수 별도 가이드를 참조하십시오. 압력과 면적으로 크기를 선정하는 전체 흐름은 공압 시스템에서 압력과 면적으로 힘을 계산하는 방법을 참조하십시오.
핵심 요점
- 2인치 구경을 80 psi로 사용하면 이상적인 전진 추력은 251 lbf입니다.
- 단일 로드의 후진에서는 피스톤 면적에서 로드 면적을 뺍니다.
- 배압은 반대쪽 유효 면적에 작용하는 것으로 취급하고 고정 효율 계수 안에 숨기지 마십시오.
- 카탈로그 검증은 기재된 추력과 압력에서 면적을 역산하는 것부터 시작합니다.
공압 실린더의 이론 추력이란 무엇인가?
실린더의 이론 추력은 실링 마찰, 가이드 저항, 가속도 및 외부 하중을 차감하기 전에 압력으로 발생하는 추력입니다. Parker는 2인치 구경의 피스톤 면적을 3.14 in², 80 psi에서의 전진 추력을 251 lbf로 기재하며, 이는 압력과 면적의 곱에서 직접 얻어집니다(Parker, 2026년 확인).

널리 알려진 관계식은 다음과 같습니다.
여기서 는 이론 추력, 는 대상 면에 작용하는 압력, 는 유효 면적입니다. 압력을 psi, 면적을 제곱인치로 표시하면 추력은 lbf가 됩니다. 압력을 MPa, 면적을 mm²로 표시하면 추력은 뉴턴이 됩니다.
이 짧은 식에는 중요한 단서가 있습니다. 일반적으로 피스톤 양쪽에 압력이 작용합니다. 따라서 복동 단일 로드 실린더에서 압력만으로 발생하는 전진 추력은 다음과 같습니다.
는 캡 측 압력, 는 로드 측 압력, 는 피스톤 전체 면적, 는 로드 측 환형 면적입니다. 모든 압력값은 같은 기준을 사용해야 하며, 일반적으로 포트에서 측정한 게이지 압력을 사용합니다. 마찰은 여전히 제외됩니다.
후진에서는 후진 방향 추력의 크기를 다음과 같이 나타냅니다.
반대쪽 챔버를 자유 배기하면 게이지 압력이 0에 가까워져 기본적인 계산으로 돌아갑니다. 고속 스트로크 중이거나 배기가 제한되면 이 가정이 성립하지 않을 수 있습니다. 공압 시스템의 배압 가이드에서 배기 측 압력이 어떻게 발생하는지 설명합니다.
“이론”이라는 말은 수치가 낙관적이라는 뜻만이 아니라 무엇을 제외했는지도 보여줘야 합니다. 모든 추력값 옆에 양쪽 포트 압력, 두 유효 면적 및 운동 방향을 기록하십시오. 이렇게 표기하면 카탈로그 값, 계산 시트 및 기계 시험을 직접 비교할 수 있습니다.
실린더 형상별 추력은 어떻게 계산해야 하는가?
실린더 형상은 안전 여유를 고려하기 전부터 유효 면적을 결정합니다. ISO 15552는 구경 32~320 mm, 최고 정격 압력 1,000 kPa 또는 10 bar의 호환 가능한 단일 로드 및 양로드 공압 실린더를 다룹니다(ISO 15552:2018, 2025년 확인).
피스톤, 로드 및 환형 면적부터 시작합니다.
유효 면적은 선택한 방향으로 압력 추력을 만드는 면적입니다. 여기서 는 실린더 구경, 는 로드 직경, 는 피스톤 전체 면적, 는 로드 단면적, 는 나머지 환형 면적입니다. 외통의 외경이 아니라 카탈로그의 구경과 로드 치수를 사용하십시오.
| 실린더 형상 | 이상적인 전진 추력 | 이상적인 후진 추력 | 검증 시 주의사항 |
|---|---|---|---|
| 복동 단일 로드 | 로드가 면적을 줄이므로 후진 추력이 작습니다. | ||
| 동일 직경 양로드 | 로드 직경이 같으면 환형 면적도 같습니다. | ||
| 기계 결합식 로드리스 | 실링 마찰, 가이드 한계 및 카탈로그 추력을 확인하십시오. | ||
| 자기 결합식 로드리스 | 자기 결합력은 압력 추력보다 낮을 수 있습니다. | ||
| 작동 단을 가진 탠덤 | 어떤 챔버가 가압되는지 확인하고 유효 면적을 합산하십시오. | ||
| 스프링식 단동 | 제품별 | 실제 스트로크 위치의 스프링 힘 을 포함하십시오. |
이 표는 반대쪽 챔버를 배기한 단일 압력의 이상식입니다. 배압을 측정할 수 있으면 앞 절의 양쪽 압력 식을 사용하십시오.

SMC는 기계 결합식 로드리스 실린더 MY3의 이론 출력이 MPa 단위 압력과 mm² 단위 피스톤 면적의 곱과 같다고 설명합니다(SMC MY3 catalog, 2026년 확인). 이는 압력과 면적 계산을 뒷받침하지만 같은 카탈로그에서 하중 질량, 모멘트, 속도 및 쿠션도 확인해야 합니다.
탠덤 실린더에서 합계는 홍보 문구가 아니라 물리적인 합입니다. SMC는 XC12를 직렬로 배치한 두 개의 공압 실린더로 설명하며 해당하는 양쪽 챔버에 공급하면 출력 추력이 2배가 된다고 합니다(SMC, 2026년 확인). Parker도 두 실린더를 직렬 연결하면 추력이 거의 2배가 된다고 설명합니다(Parker, 2026년 확인). 선정에 미치는 전체 영향은 탠덤 실린더가 중하중 용도에서 추력을 배가하는 방법을 참조하십시오.
단위 오류 없이 추력을 계산하는 방법
단위를 일관되게 사용하면 동일한 물리 관계를 공급업체 카탈로그 사이에서 신뢰할 수 있는 답으로 활용할 수 있습니다. NIST는 1 psi를 6,894.757 Pa로 정의하고 SI 가이드는 1 bar를 100 kPa로 정의합니다(NIST pressure conversions, 2026년 확인; NIST SI Guide, 2026년 확인).
다음 중 하나의 일관된 단위계를 사용하십시오.
| 압력 | 면적 | 추력 결과 |
|---|---|---|
| psi | in² | lbf |
| MPa | mm² | N |
| bar | mm² | 0.1을 곱한 후의 N |
미터법의 간단한 식은 정확한 단위 관계에서 도출할 수 있습니다.
1 MPa는 1 N/mm²와 같으므로 수치의 곱셈에 추가 환산 계수가 필요하지 않습니다.
압력을 bar로 표시하는 경우:
식 앞에 모아 둔 계수가 중요합니다. 1 bar는 0.1 N/mm²와 같으므로 bar를 MPa처럼 취급하면 10배의 오차가 발생합니다.
공급업체 자료의 단위가 섞여 있다면 추력을 비교하기 전에 모든 압력을 하나의 단위로 변환하십시오. Pressure Converter는 bar, psi, MPa 및 kPa를 처리하지만 최종 결과까지 반올림하지 않은 압력을 워크시트에 남겨 두십시오.
세 가지 일반적인 검증 계산 예시
계산 예시는 카탈로그 값에 이의를 제기하기 전에 해당 값을 재현할 수 있어야 합니다. Parker의 이론 추력 표는 2인치 구경을 80 psi로 사용할 때 251 lbf로 제시하며 유효 면적별로 전진과 후진 값을 나눠 기재합니다(Parker, 2026년 확인).
예시 1: 80 psi, 2인치 구경
2인치 구경에서 피스톤 면적은 다음과 같습니다.
이상적인 전진 추력은 다음과 같습니다.
이 결과는 Parker의 반올림된 표 값 251 lbf와 일치합니다. 여기서는 실린더 캡 측 압력이 80 psig이고 로드 측 배압을 무시하며 마찰을 제외한다고 가정합니다.
예시 2: 0.6 MPa, 구경 63 mm, 로드 20 mm
피스톤 전체와 로드의 면적은 다음과 같습니다.
환형 면적은 2803.0 mm²입니다. 0.6 MPa에서 이론 추력은 다음과 같습니다.
후진 추력이 약 188.5 N 낮은 이유는 20 mm 로드 때문에 압력이 작용하는 면적에서 314.2 mm²가 빠지기 때문입니다. 관련 유효 피스톤 면적 가이드에서 이 형상을 자세히 설명합니다.
예시 3: 로드 측 배압 포함
2인치 실린더에 0.625인치 로드가 있고 전진 중 캡 측 압력이 80 psig, 로드 측 압력이 8 psig라고 합시다. 환형 면적은 2.8348 in²입니다. 압력만으로 발생하는 전진 추력은 다음과 같습니다.
8 psi 배압을 무시하면 압력 추력을 22.7 lbf, 즉 보정된 결과보다 약 9.9% 과대평가하게 됩니다. 이 비율은 측정한 해당 조건에만 해당하며 보편적인 실린더 효율 계수가 아닙니다.
설명 가능한 계산 예시에서는 가정을 답에 함께 적습니다. “로드 측 압력을 무시할 수 있는 80 psig에서의 이론 전진 추력 251 lbf”는 유용한 표현입니다. “이 실린더는 251 lbf를 낸다”라고만 쓰면 압력 위치, 방향 및 손실 경계가 숨겨지므로 충분하지 않습니다.
제조업체의 추력 표를 감사하는 방법
추력 표는 기재된 수치를 역으로 사용하여 확인할 수 있습니다. Parker의 2인치, 80 psi 값은 251 lbf입니다. 추력을 압력으로 나누면 3.1375 in²가 나오고 이 면적을 다시 직경으로 환산하면 약 2.00인치가 됩니다(Parker, 2026년 확인).
적용 검토에서는 공급업체의 각 추력값 옆에 암묵적인 면적을 적어 두면 방향과 단위의 불일치를 빠르게 찾을 수 있습니다. 반올림된 추력값을 논의하는 것보다 짧은 시간에 확인할 수 있고, 치수와 가격을 검토하기 전에 기술 부서와 구매 부서가 비교할 공통값이 됩니다.
다음 역산 확인을 사용하십시오.
는 카탈로그 추력, 는 기재 압력, 는 암묵적인 유효 면적, 는 전체 구경으로 환산한 등가 직경입니다. 후진 추력 항목에서는 복원한 면적을 피스톤 전체 면적이 아니라 환형 면적과 비교합니다.
표를 승인하기 전에 다음 여섯 항목을 확인하십시오.
표를 승인하기 전에 다음 여섯 항목을 확인하십시오.
- 추력 유형: 이론 추력, 허용 하중, 스톨 추력, 이탈 추력 또는 시험된 최소값 중 무엇입니까?
- 방향: 전진, 후진 또는 양쪽에 적용됩니까?
- 압력 기준: 실린더 포트, 레귤레이터 출구 또는 공칭 공급 중 어디에서 측정했습니까?
- 면적 기준: 피스톤 전체 면적, 환형 면적, 여러 피스톤 또는 다른 메커니즘 중 무엇을 사용했습니까?
- 기계적 한계: 자기 결합, 가이드, 로드, 장착 및 잠금 장치의 정격이 압력 추력보다 낮지 않습니까?
- 반올림: 추력을 면적에서 반올림했습니까, 아니면 공칭 치수에서 면적을 반올림했습니까?
ISO 15552는 장착 및 치수 호환성을 정하며 인터페이스에 맞는 모든 실린더가 동일한 추력을 낸다는 것을 보장하지는 않습니다. 적용 범위에는 최대 10 bar의 단일 로드 및 양로드 실린더가 포함되지만 실링 설계, 로드 직경, 허용 측면 하중, 쿠션 및 제품 정격은 제조업체별로 다릅니다(ISO 15552:2018, 2025년 확인).
RFQ 또는 교체품 검토에서는 구경, 로드 직경, 스트로크, 운동 방향, 양쪽 포트 압력, 필요한 하중, 속도, 장착 및 원래 카탈로그의 정확한 추력 라벨을 기록하십시오. 이 정보가 있으면 샘플을 주문하기 전에 면적이나 단위의 불일치 대부분을 밝혀낼 수 있습니다.
이론 추력에서 허용 설계 하중까지
순 압력 추력은 양쪽 피스톤 면에 작용하는 압력을 포함한 결과입니다. 반면 이론 카탈로그 추력은 지정 압력이 한쪽에 작용하고 반대쪽 챔버가 배기된다는 가정을 두는 경우가 많습니다. Parker의 P1S 카탈로그는 해당 시리즈에서 필요한 추력보다 50~100% 큰 이론 추력을 선택하도록 권고하고, SMC는 운동 유형별로 부하 계수를 적용합니다(Parker, 2026년 확인; SMC, 2026년 확인).
다음 네 가지 용어를 구분하십시오.
| 용어 | 포함하는 것 | 적절한 용도 |
|---|---|---|
| 이론 추력 | 지정 압력과 형상 면적의 곱 | 식 및 카탈로그 표 확인 |
| 순 압력 추력 | 각 면적에 작용하는 양쪽 압력 | 동적 압력 진단 |
| 추정 사용 가능 추력 | 순 압력 추력에서 측정되거나 문서화된 마찰을 뺀 값 | 적용 하중 추정 |
| 허용 설계 하중 | 제조업체 한계, 부하 계수, 동특성, 장착 및 안전 요구사항 | 최종 선정 |
모든 실린더의 이론 추력에 0.85를 곱하면 실제 추력이 된다는 보편적인 식은 없습니다. 실링 마찰은 구조, 윤활, 압력, 속도, 온도, 마모, 이탈 동작과 주행 동작의 차이에 따라 변합니다. 압력 손실은 측정한 포트 압력에 포함하십시오. 측면 하중은 기계 설계에서 다룹니다.
제조업체는 특정 시리즈의 크기 선정 여유를 공개할 수 있습니다. 예를 들어 Parker의 P1S 카탈로그는 해당 제품 조건에서 필요한 추력보다 50~100% 큰 이론 추력을 선택하도록 지시합니다(Parker P1S catalog, 2026년 확인). 문서화된 규칙을 한 번 적용하십시오. 같은 불확실성에 대해 일반 효율 계수를 곱한 뒤 설명되지 않은 안전율을 추가하지 마십시오.
여유를 각각 담당자에게 배정하면 명확해집니다. 공압 설계자는 포트 압력과 밸브 유량을 담당합니다. 기계 설계자는 하중, 정렬, 가속도 및 장착을 담당합니다. 제품 카탈로그는 허용 한계를 담당합니다. 설명되지 않은 단일 비율은 시험해야 할 가정을 숨깁니다.
이론 추력이 선정 한계가 아닌 경우는 언제인가?
추력은 제품 한계 중 하나일 뿐입니다. SMC의 최신 가이드 실린더 선정 소프트웨어는 선정 가능 여부를 판단하기 전에 작동 압력, 피스톤 속도, 하중 질량, 장착 위치, 모멘트 및 운동 에너지를 평가합니다(SMC, 2026년 확인). 압력과 면적 계산을 통과해도 이러한 확인에서 탈락할 수 있습니다.
구경이나 압력을 높이기 전에 다음 한계를 확인하십시오.
- 측면 하중 및 모멘트: 실린더의 피스톤 베어링은 외부 리니어 가이드를 대신할 수 없습니다. 정렬 불량은 마찰을 늘리고 실링과 베어링의 수명을 줄입니다. 리니어 액추에이터의 측면 하중 가이드를 참조하십시오.
- 로드 좌굴: 긴 압축 스트로크에서는 이론 전진 추력을 사용하기 전에 로드 안정성 한계에 도달할 수 있습니다.
- 쿠션 에너지: 구경과 압력을 높이면 같은 질량을 더 강하게 가속할 수 있어 스트로크 끝단 부근에서 흡수해야 할 에너지가 증가합니다.
- 밸브 및 튜브 유량: 정적인 레귤레이터 설정만으로는 운동 중 목표 압력이 챔버에 도달한다고 보장할 수 없습니다.
- 로드리스 결합 및 가이드 정격: 자기 결합 또는 캐리지 모멘트 한계가 계산된 피스톤 추력보다 낮을 수 있습니다.
- 탠덤 동기화 및 포트 배관: 합계 추력을 얻으려면 두 단계에 의도한 압력을 공급해야 합니다.
- 최고 정격 압력: 실린더, 밸브, 레귤레이터, 피팅, 튜브 및 부속품 중 가장 낮은 정격을 초과하도록 압력을 높이지 마십시오.
온도는 정확하게 해석해야 합니다. 측정한 챔버 압력과 유효 면적이 같다면 이론 정적 추력은 여전히 압력과 면적의 곱입니다. 그래도 온도는 실링 마찰, 윤활제 거동, 재료 한계, 공급 압력 및 과도 충전에 영향을 줄 수 있습니다. 고정된 밀도 기반 추력 보정을 적용하지 말고 제품의 온도 범위와 측정한 작동 압력을 사용하십시오.
설명 가능한 추력 검증 흐름
긴 여유 계산의 연쇄보다 추적 가능한 입력을 한 페이지에 정리하는 편이 더 유용합니다. NIST는 psi당 6,894.757 Pa를 제시하고, Parker는 방향별 이론 추력 표를 공개하며, ISO 15552는 10 bar 정격의 32~320 mm 호환 실린더 시리즈를 규정합니다(NIST, 2026년 확인; Parker, 2026년 확인; ISO, 2025년 확인).
다음 순서로 진행하십시오.
- 실린더 형상과 운동 방향을 특정합니다.
- 구경, 로드 직경 및 작동하는 피스톤 단계 수를 기록합니다.
- 모든 치수와 압력을 하나의 일관된 단위계로 변환합니다.
- 피스톤 전체, 로드 및 환형 면적을 계산합니다.
- 카탈로그의 압력 가정에서 이론 추력을 계산합니다.
- 배압이 관련되면 양쪽 포트에서 측정한 압력으로 다시 계산합니다.
- 암묵적인 유효 면적을 역산하여 카탈로그 값을 확인합니다.
- 제조업체가 문서화한 부하 계수 또는 적용 방법만 적용합니다.
- 로드, 가이드, 결합부, 장착, 속도, 쿠션 및 압력 정격을 확인합니다.
- RFQ 또는 설계를 승인하기 전에 가정을 결과 옆에 적습니다.
이 흐름은 의도적으로 구경 최적화 전에 멈춥니다. 검증된 추력이 너무 낮다면 별도의 실린더 크기 선정 계산으로 필요한 면적을 구경, 속도 및 공기 소비량과 연결합니다. 작업을 분리하면 반올림된 카탈로그 값이 최종 기계 하중 정격으로 암묵적으로 바뀌는 것을 막을 수 있습니다. 교체품 표가 해결되지 않았다면 기술 문의 페이지에서 모델, 압력 및 치수 데이터를 함께 보내십시오.
공압 실린더 추력 FAQ: 엔지니어가 확인할 사항
자주 묻는 질문은 압력 기준, 면적 및 정격 유형으로 돌아갑니다. Parker 표는 2인치 구경을 80 psi로 사용할 때 251 lbf를 제시하며 전진과 후진 값을 나눕니다. 반면 SMC는 하나의 보편적인 효율 비율이 아니라 적용별 부하 계수를 사용합니다(Parker, 2026년 확인; SMC, 2026년 확인).
공압 실린더 이론 추력의 기본식은 무엇인가?
기본식은 입니다. 여기서 압력은 선택한 방향의 유효 피스톤 면적에 작용합니다. 이상적인 단일 로드 전진에는 피스톤 전체 면적을, 이상적인 후진에는 환형 면적을 사용합니다. 반대쪽 챔버에 배압이 있으면 해당 유효 면적에 작용하는 대항력을 계산하여 뺍니다.
실린더 추력에는 게이지 압력과 절대 압력 중 무엇을 사용하는가?
배기되는 공압 실린더에서는 동일한 대기 기준에서 측정한 게이지 압력을 사용하고, 가능하면 대상 운동 중 양쪽 실린더 포트에서 측정하십시오. 기체 상태나 공기 소비량 계산에는 절대 압력이 필요하지만 기본 추력 식의 한쪽에 대기압을 더하면 사용 가능한 차압을 과대평가하게 됩니다.
단일 로드 실린더의 후진 추력이 전진 추력보다 낮은 이유는 무엇인가?
후진할 때 로드가 피스톤 면의 일부를 차지하므로 압력은 피스톤 전체가 아니라 환형 면적에 작용합니다. 구경 63 mm, 로드 20 mm에서는 전체 면적이 3,117.2 mm²이지만 후진 면적은 2,803.0 mm²에 불과하여 0.6 MPa에서 이상 추력이 188.5 N 감소합니다.
온도가 공압 실린더의 이론 추력을 직접 낮추는가?
측정한 챔버 압력과 유효 면적이 같다면 낮추지 않습니다. 이론 정적 추력은 여전히 압력과 면적의 곱입니다. 온도는 실링 마찰, 윤활제 점도, 재료 허용 한계, 레귤레이터 거동 및 충전 동특성을 바꿀 수 있으므로 고정 백분율 보정을 적용하지 말고 제품 온도 범위와 작동 포트 압력을 확인하십시오.
이론 추력에 어느 정도의 안전율을 적용해야 하는가?
모든 공압 실린더와 적용에 공통되는 값은 없습니다. 특정 제품의 제조업체 부하율 또는 크기 선정 방법을 사용하고 중력, 가속도, 압력 변동, 마찰, 정렬 불량 및 안전 기능을 개별적으로 확인하십시오. 같은 불확실성을 대상으로 하는 일반 효율 계수와 별도의 여유를 중복 적용하지 마십시오.
출처 및 기술 자료
- Parker Pneumatic Actuator Products, 이론 전진·후진 면적과 추력 표. 2026-07-19 조회.
- ISO 15552:2018, 호환 단일 로드·양로드 실린더의 적용 범위, 구경 32~320 mm, 최고 정격 압력 10 bar. 2025년 확인, 2026-07-19 조회.
- NIST Pressure and Gas Flow Unit Conversions, psi와 파스칼의 환산값. 2026-07-19 조회.
- SMC MY3 Mechanically Jointed Rodless Cylinder Catalog, 이론 출력 관계와 로드리스 실린더 선정 데이터. 2026-07-19 조회.
- SMC Made to Order Common Specifications, 탠덤 실린더 구조와 출력 추력이 2배가 되는 설명. 2026-07-19 조회.

