什麼是活塞推力計算器?
這個計算器可根據作用於活塞(油缸/氣缸)上的流體壓力與缸徑,算出活塞所產生的直線推力。它是一項以純物理為基礎的通用工程工具,無論在哪個國家、哪種場合都適用——只要確保你輸入的單位前後一致即可。
使用方法
輸入運作壓力(P)與缸徑(D),再選擇單位制。若採用 SI 制,壓力以帕斯卡(Pa)、直徑以公尺(m)填入,推力即以牛頓(N)顯示;若採用英制,壓力以 psi、直徑以英吋(in)填入,推力則以磅力(lbf)顯示。計算器同時會列出它所算出的活塞受壓面積。
公式說明
活塞的端面是一個直徑為 \(D\) 的圓,因此其受壓面積為 \(A = \frac{\pi}{4} \cdot D^{2}\)。壓力即單位面積上的作用力,所以推動活塞的總力,就是壓力乘以這個面積:
$$F = P \times \frac{\pi}{4} \times D^{2}$$
由於面積與直徑的平方成正比,直徑加倍時推力會變成四倍——這正是大缸徑油缸能輸出極大推力的關鍵原因。
實例演算
一具缸徑為 0.1 m 的液壓缸,在 500,000 Pa(5 bar)下運作。其受壓面積為 \(\frac{\pi}{4}(0.1)^{2} = 0.0078540 \text{ m}^{2}\),推力則為 $$500{,}000 \times 0.0078540 \approx 3{,}927 \text{ N}$$
常見問題
這有把活塞桿算進去嗎?沒有。這算出的是缸蓋側(無桿側)的完整伸出推力。若要算有桿側的推力,需從面積 \(A\) 中扣除活塞桿的截面積。
那摩擦力與背壓呢?這是理論推力。實際出力會因密封件摩擦,以及對側所承受的任何壓力而減少。
可以混用不同單位嗎?不行。同一單位制內必須維持一致(Pa 配 m,或 psi 配 in),否則計算結果會出錯。