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エアシリンダの所要空気量の計算

チューブ内径・ストローク・使用圧力と、ストロークにかかる時間から、エアシリンダを動かすのに必要な空気の流量(L/min(ANR))を求めます。FRL や上流の配管の選定に使います。

入力

FRL Q₁ Q₂ L / t
求めたいもの

押出し・引込みのストロークの時間から、所要空気量を求めます。

複動形は押出しと引込みの両方に空気を使います。単動形は空気を使う側だけを選びます。

シリンダの内径。型式の数字(例:φ50)や銘板で確かめます。

ピストンロッドの直径。引込み側の受圧面積に使います。メーカーの資料の寸法表で確かめます。例:20 mm

シリンダのストローク。例:600 mm

シリンダに供給する圧力(レギュレータの二次側、ゲージ圧)。押出し側と引込み側で同じ圧力とします。例:0.5 MPa

切換弁からシリンダまでの配管チューブ・鋼管の内径。入れると配管の空気量も足します。外径ではなく内径を入れます(例:外径 6 mm のチューブは内径 4 mm のものがある)。例:4 mm

切換弁からシリンダの押出し側(ヘッド側)の口までの長さ(片道)。例:2 m

切換弁からシリンダの引込み側(ロッド側)の口までの長さ(片道)。例:2 m

押出しのフルストロークにかける時間。例:1.2 s

引込みのフルストロークにかける時間。例:1.2 s

結果

計算すると、ここに結果を図で示します。

入力すると、ここに結果が出ます。

参考

  • Hydraulics and Pneumatics(NPTEL 112105046)Module 9 Lecture 34「Air Preparation – Compressor & Accessories」・NPTEL(インド工科大学などの公開講義)・p.13 Air Capacity Rating of Compressor(使う圧力での流量を大気圧 0.101 MPa の自由空気の流量に換算する式 9.34-2 と計算例)・資料を開く
    大気圧への換算の部分だけで、シリンダと配管の容積の式は載っていません(温度の補正も含む)。
  • University Physics Volume 2「2.1 Molecular Model of an Ideal Gas」・OpenStax(ライス大学)・ボイルの法則と理想気体の状態方程式・資料を開く
    圧縮した空気の体積を大気圧の体積に換算する考え方の基礎だけです。

参考先は MechOwl が独自に選んだもので、参考先が推奨・保証するものではありません。

解説

所要空気量は、決めた時間でシリンダを動かすのに必要な空気の流量で、FRL(フィルタ・レギュレータ・ルブリケータ)や上流の配管の大きさの選定に使います。1 ストロークで使う空気(シリンダと配管、ANR)をストロークの時間で割り、押出しと引込みの大きい方を取ります。

使い方

シリンダの形・チューブ内径・ストローク・使用圧力と、押出し・引込みのストロークの時間を入れます。複動形と引込み単動形ではロッド径も入れます。配管の分を足すときは、配管の内径と長さを入れます。

例題(手計算)

  1. 例題 1:押出し単動形・φ50・ストローク 500・0.5 MPa・1 s(平均 500 mm/s)

    q_c1 = 1,963.5 × 500 × (0.5 + 0.1)/0.1 × 10⁻⁶ = 5.890 L(ANR)。Q₁ = 5.890 / 1 × 60 = 353.4 L/min(ANR)。

  2. 例題 2:複動形・φ40・ロッド 16・ストローク 200・0.5 MPa・内径 4 mm の配管 1.5 m・押出し 0.8 s・引込み 0.5 s

    A₁ = 1,256.6 mm²、A₂ = 1,256.6 − 201.1 = 1,055.6 mm²、a = 12.57 mm²。q_c1 = 1,256.6 × 200 × 6 × 10⁻⁶ = 1.508 L、q_c2 = 1,055.6 × 200 × 6 × 10⁻⁶ = 1.267 L、q_p = 12.57 × 1,500 × 5 × 10⁻⁶ = 0.0942 L。Q₁ = (1.508 + 0.094)/0.8 × 60 = 120.2 L/min、Q₂ = (1.267 + 0.094)/0.5 × 60 = 163.3 L/min。大きい方 Q = 163.3 L/min(ANR)。

  3. 例題 3:複動形・押出しと引込みの所要空気量がちょうど同じ

    A₂/A₁ = 1,649.3/1,963.5 = 0.84 なので、引込みの時間を 0.84 s にすると Q₁ = Q₂ = 1,963.5 × 100 × 6 × 10⁻⁶ / 1 × 60 = 70.69 L/min(ANR)。同じ値のときはその値を所要空気量とする。

  4. 例題 4:複動形で引込みの時間が未入力(条件不足)

    複動形は押出し・引込みの両方の時間が必要。引込みの時間が未入力なので計算せず「条件不足で判定不可」。

  5. 例題 5:ロッド径 40 がチューブ内径 40 以上(計算できない)

    ロッド径がチューブ内径以上では引込み側の受圧面積が 0 以下になる。入力エラーとする。

よくある間違い

  • 空気消費量(1 往復の量)と取り違える:所要空気量は流量(L/min)です。
  • サイクルタイムで割る:割るのは 1 ストロークの時間です。
  • 複数のシリンダが同時に動くのに 1 本分で選ぶ:同時に動く分は足して考えます。

よくある質問

速さ(mm/s)から求めたい。
ストローク ÷ 速さ を時間として入れてください。速さはその時間での平均の速さです。
同時に動く複数のシリンダは。
このページは 1 本分です。同時に動くシリンダの所要空気量は足して考えます。

適用範囲

片ロッド形のエアシリンダ 1 本の、ストロークの時間から求める平均の所要空気量(ANR)。

この計算で扱わないこと:

  • 動き始めの流量の山・圧力が上がるまでの時間
  • その時間で動けるか(弁・配管の能力・負荷)の判定
  • 同時に動く複数のシリンダの合計(足して考える)

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