이 계산기는 무엇인가요
공압 실린더 힘 계산기는 공급되는 공기압과 실린더 보어 지름을 바탕으로 에어 실린더가 낼 수 있는 이론적인 힘을 계산해 줍니다. 작동 원리는 어느 나라에서나 동일한 물리 법칙을 따르므로 이 도구는 전 세계 어디서든 사용할 수 있습니다. 사용 중인 압력계에 표시되는 단위(bar, psi, kPa)를 그대로 골라 입력하면 됩니다.
사용 방법
먼저 공기압을 입력하고 단위를 선택한 뒤, 실린더 보어 지름을 밀리미터(mm) 단위로 입력하세요. 후진(당기기) 힘까지 알고 싶다면 피스톤 로드 지름도 함께 입력합니다. 로드가 피스톤 면의 일부를 차지하기 때문에 로드 쪽의 유효 면적이 줄어들기 때문입니다. 당기기 힘이 필요 없다면 로드 지름을 0으로 두면 됩니다.
공식 풀이
힘은 압력에 면적을 곱한 값입니다. 즉 \(F = P \times A\)입니다. 피스톤 면은 원형이므로 면적은 \(A = \frac{\pi}{4} \cdot d^{2}\)로 구합니다. 전진할 때는 보어 전체 면적이 사용되지만, 후진할 때는 로드의 단면적을 빼야 하므로 고리 모양 면적인 \(A = \frac{\pi}{4}\left(d^{2} - d_r^{2}\right)\)가 됩니다. 압력을 파스칼(Pa)로 환산하고(\(1\ \text{bar} = 100{,}000\ \text{Pa}\), \(1\ \text{psi} \approx 6894.76\ \text{Pa}\), \(1\ \text{kPa} = 1000\ \text{Pa}\)) 면적을 제곱미터(m²)로 바꾸면 결과는 뉴턴(N) 단위로 나옵니다.
$$F_{push} = P \cdot \frac{\pi}{4}\,D^{2} \qquad F_{pull} = P \cdot \frac{\pi}{4}\left(D^{2} - d^{2}\right)$$
계산 예시
보어 지름 50.8 mm인 실린더에 100 psi가 걸린 경우를 살펴보겠습니다.
$$P = 100 \times 6894.757 = 689{,}475.7\ \text{Pa}$$면적은
$$\frac{\pi}{4}(0.0508)^{2} = 0.0020268\ \text{m}^{2}$$이고, 힘은
$$689{,}475.7 \times 0.0020268 \approx 1397.45\ \text{N}$$이 됩니다. 보어가 2.5배로 커지면 면적이 같은 비율로 늘어나는 만큼 힘도 비례해서 커집니다.
자주 묻는 질문
이것이 실제 작동 힘인가요? 아닙니다. 이것은 이론적인 정적 힘입니다. 실제 출력은 씰(seal) 마찰(보통 3~10% 손실)과 배기 쪽의 배압 때문에 더 낮아집니다.
당기기 힘이 밀기 힘보다 작은 이유는 무엇인가요? 로드 쪽에서는 피스톤 로드가 피스톤 면적의 일부를 차지하기 때문에, 후진 시 압력을 받는 면적이 그만큼 줄어듭니다.
어떤 단위를 써야 하나요? 사용 중인 레귤레이터 압력계가 표시하는 단위를 그대로 쓰면 됩니다. 계산기가 내부적으로 파스칼로 변환해 줍니다.
