홍라이프 계산기유압 실린더 힘·속도 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
복동 유압 실린더는 전진할 때 피스톤 전체 면적에, 후진할 때는 로드를 뺀 고리 모양 면적에 유압이 작용합니다. 이 계산기는 실린더 안지름(보어), 로드 지름, 압력으로 이론 추력과 인장력을, 펌프 유량으로 전진·후진 속도를 구합니다. 프레스, 리프트, 로더, 지그의 실린더 선정에 쓰입니다.
계산 방법
- 피스톤 면적 A_b = πD²/4, 로드 면적 A_r = πd²/4 (지름은 mm를 m로 바꿔 계산)
- 전진력 F = p × A_b, 후진력 F = p × (A_b − A_r). 압력 bar × 10⁵ = Pa, N ÷ 1,000 = kN
- 전진 속도 v = Q ÷ A_b, 후진 속도 v = Q ÷ (A_b − A_r), Q는 L/min ÷ 60,000 = m³/s
원리
파스칼의 원리에 따라 밀폐된 유체의 압력은 모든 방향으로 똑같이 작용하므로, 힘은 압력과 그 압력이 작용하는 면적의 곱입니다. 로드측에서는 로드가 피스톤 면의 일부를 차지해 고리 면적만 남습니다. 기름은 거의 압축되지 않으므로 들어간 기름 1 L는 정확히 1 L의 체적을 밀어내고, 속도는 유량을 면적으로 나눈 값이 됩니다. 그래서 로드측은 힘이 작고 속도가 빠릅니다.
예제 풀이
- 입력값: 보어 80 mm, 로드 45 mm, 160 bar, 30 L/min
- A_b = π×0.08²/4 ≈ 0.0050265 m², A_r ≈ 0.0015904 m², 고리 면적 ≈ 0.0034361 m²
- 전진력 = 160×10⁵ × 0.0050265 ≈ 80,425 N ≈ 80.42 kN
- 후진력 = 160×10⁵ × 0.0034361 ≈ 54,978 N ≈ 54.98 kN
- Q = 30 ÷ 60,000 = 0.0005 m³/s, 전진 속도 = 0.0005 ÷ 0.0050265 ≈ 0.09947 m/s
- 후진 속도 = 0.0005 ÷ 0.0034361 ≈ 0.1455 m/s
| 실린더 안지름 (mm) | 미는 힘 (kN) |
|---|---|
| 20 | 5.026548246 |
| 40 | 20.10619298 |
| 60 | 45.23893421 |
| 80 | 80.42477193 |
| 100 | 125.6637061 |
| 120 | 180.9557368 |
| 160 | 321.6990877 |
결과 해석
이 예의 면적비는 1.46이므로 후진이 46% 빠르고, 후진력은 전진력보다 약 32% 작습니다. 실제 힘은 패킹 마찰과 반대쪽 배압 때문에 이론값보다 작으므로 여유를 두고 선정합니다. 가늘고 긴 실린더가 하중을 밀 때는 유압 힘보다 로드 좌굴이 먼저 문제가 될 수 있어 따로 검토해야 합니다. 일반 산업용 실린더는 0.1 m/s(분당 6 m) 안팎의 속도가 흔하며, 고속에서는 쿠션이 필요할 수 있습니다.
흔한 실수
- 후진력에 피스톤 전체 면적을 쓰는 경우
- bar와 MPa를 혼동하는 경우(1 MPa = 10 bar)
- 밸브와 호스의 압력 손실을 빼지 않고 펌프 설정 압력을 그대로 쓰는 경우
- 차동(재생) 회로에서 힘과 속도가 모두 달라진다는 점을 잊는 경우
자주 묻는 질문
필요한 힘에서 보어는 어떻게 구합니까?
힘을 압력으로 나눠 면적을 구하고 D = √(4A/π)로 계산한 뒤 표준 보어로 올림합니다.
표준 보어와 로드 지름은 어디서 확인합니까?
ISO 3320에 권장 보어와 로드 지름이 정리되어 있으며, 보어 80 mm·로드 45 mm도 그 조합 중 하나입니다.
실린더가 쓰는 동력은 얼마입니까?
유압 동력은 압력 × 유량이므로 160 bar, 30 L/min이면 손실 전 8 kW입니다.
출처: ISO 3320, Fluid power systems and components — Cylinder bores and piston rod diameters