공압 실린더의 구조와 종류

공압 실린더의 구조와 종류

공압 실린더는 공기의 압력 에너지를 직선적인 기계적 힘이나 운동으로 변환시키는 작동 요소로, 공압 기술은 이 공압 실린더를 이용한 기술이라고 표현해도 과언이 아닐 만큼 많은 비중을 차지하고 있다. 그러므로 공압 메이커들은 각양각색의 공압 실린더를 개발 제작하여 매우 많은 종류의 실린더를 시판하고 있다. 

공압 실린더의 구조  

공압 실린더는 자동화의 직선 운동 기 중 가장 많이 사용되는 기기로 그 종류는 의외로 많고 구조적으로도 여러 가지가 있다. 일반적인 공압 실린더의 구조를 나타낸 것으로 실린더 튜브, 피스톤, 피스톤 로드, 헤드 커버, 로드 커버, 체결 로드 등으로 구성되어 있다. 대부분의 공압 실린더는 이 기본 구성 요소를 사용 목적에 따라 바꾸거나 또는 다른 기능을 부가해어 여러 종류의 실린더로 만드는 것이다. 

 

피스톤의 역할

피스톤은 공기 압력을 받는 실린더 튜브 안에서 미끄럼 운동을 하며 때로는 고속으로 헤드 커버에 충돌하기도 한다. 그러므로 충분한 강도와 내마모성이 요구된다. 피스톤 둘레에는 피스톤과 튜브 사이를 실링 하는 패킹이 압입된다. 패킹의 구조에 따라 피스톤이 분할 구조로 된 것도 있지만 일반적으로 단일체로 되어 있고, 재질은 부하 정도에 따라 회주철, 강, 플라스틱, 알루미늄 합금 등이 사용된다.

피스톨 로드

피스톨 로드는 작용하는 부하에 따라 압축, 인장, 굽힘, 진동 등의 하중에 견딜 수 있는 충분한 강도와 마모성이 요구된다. 재질로는 S 35C 이상의 합금강이 사용되며 특수강, 스테인리스 등도 특수 용도로 사용된다. 합금강을 사용할 때는 표면에 경질 크롬 도금을 하고 표면 거칠기 1.6S 이하로 하여 내마모성의 향상, 부식 방지 및 패킹 마모를 줄인다. 피스톤 로드는 충격력이나 굽힘 모멘트를 받아 파손될 우려가 있으므로 응력 집중이 발생하지 않도록 해야 한다. 행정 거리가 긴 경우 좌굴 생기므로 설계상 설치면에서 고려해야 한다. 

실린더 튜브

실린더 튜브는 피스톤 움직임을 안내하는 것으로, 피스톤의 미끄럼 운동 및 내압이 걸리므로 내마모성과 내압성이 요구된다. 이와 같은 기계적 성능을 높이기 위하여 실린더 튜브도 20 정도의 경질 크롬 도금하고 그 표면을 1.6S 이하의 표면 거칠기로 가공한다. 재질로는 탄소 강관 이외에 주철, 포금, 황동, 알루미늄 합금, 스테인리스 및 플라스틱 튜브도 사용된다. 

실린더 튜브의 양단에 설치되어 피스톤행정의 위치를 결정한다. 완충 기구가 내장된 것은 이 헤드 커버 부분에 설치되어 있고 피스톤 로드를 지지하고 있는 피스톤 로드 부싱과 로드 실용 패킹이 장착되어 있다. 커버 재질은 부하에 따라 중부하에는 아연, 알루미늄 합금, 주철, 황동, 청동 등이 사용되며 중부하의 경우는 합금강이 사용된다. 체결 로드는 헤드 커버가 받는 공압이나 충격력을 견딜 수 있도록 충분한 강도를 가져야 하기 때문에 주로 합금강이 사용된다. 

공압 실린더의 종류

피스톤 형식에 따른 분류 

공압 실리더는 피스톤 형식에 따라 피스톤형, 램형, 비피스톤형 등으로 분류되며 피스톤형은 일반적인 공압 북동 실린더와 같이 피스톤과 피스톤 로드를 갖춘 구조이다. 램형은 피스톤 직경과 로드 직경의 차가 없는 가동부를 갖는 구조로서 복귀는 자중이나 뢰부에 의해 이루어지며 공압용으로는 별로 사용되지 않는다. 비스톤형은 가동부에 아이어프램이나 벨로즈를 사용한 형식으로 다이어프램형 실린더의 예를 나타다. 이 실린더는 미끄럼 저항이 적고 최저 작동 압력 이 약 0.1 정도로 낮은 압력에서 고감도가 요구되는 곳에 사용된다.

작동 형식에 따른 분류

작동 형식에 따라서는 단동 실린더, 북동 실린더 차동 실린더로 분류되며, 단동 실린더는 한 방향 운동에만 공압이 사용되고 반대 방향의 운동은 스프링이나 자중 또는 외력으로 복귀된다. 스프링이 내장된 단동 실린더의 구조로서 통상 150 미만의 스트로크로 클램핑, 프레싱, 이젝팅, 이송 등의 용도로 사용된다. 복동 실린더는 압축공기를 양측에 번갈아 가며 공급하여 피스톤을 전후진시키는 것으로 사장 많이 사용다. 복동 실더의 원리와 같은 차동 실린더는 실린더 단면적과 로드 측의 단면적비가 2:1로 일정하며, 전진과 후진 시의 실린더 면적 차를 출력으로 이용하는 실린더이다. 이 밖에 로드의 형식에 따라 편로드형과 양로드형으로 분류된다. 양로드형 실린더의 구조를 나타 것으로 이와 같은 양로드형 실린더는 피스톤 로드를 잡아주는 베어링이 양쪽에 있어 왕복 운동이 원활하며 로드에 걸리는 회하중도 어느 정도 견딜 수 있다. 또한 운동 부분에 리밋 스위치 등 검출용 기구를 설치할 수 없는 곳에는 작업을 하지 않는 반대 측에 설치할 수 있고, 실린더가 전진시 시와 후진 시 낼 수 있는 힘이 같다는 이점도 있다.