Пневмоцилиндр: что это, устройство, принцип работы и виды

Краткий ответ: пневмоцилиндр — это линейный привод, который превращает энергию сжатого воздуха в прямолинейное движение штока. Воздух подаётся в полость гильзы, давит на поршень, и шток выдвигается или втягивается. Усилие считают по формуле F = P × A (давление на площадь поршня): при давлении 0,6 МПа цилиндр Ø32 мм на выдвижении даёт около 483 Н, Ø63 мм — около 1870 Н, Ø100 мм — около 4712 Н. Ниже — устройство, принцип работы, виды и порядок выбора, со ссылками на подробные разборы.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Что такое пневмоцилиндр?

Пневмоцилиндр (пневматический цилиндр, пневмопривод линейного действия) — исполнительное устройство пневмосистемы. Он стоит в конце цепочки «компрессор — подготовка воздуха — распределитель — цилиндр» и совершает полезную работу: зажимает деталь, толкает, поднимает, останавливает, переставляет. Рабочая среда — фильтрованный сжатый воздух, поэтому привод чистый, быстрый и просто управляется электромагнитным распределителем.

Отдельный класс — поворотные пневмоприводы (реечные и лопастные): они дают не линейное, а угловое движение. В этой статье речь о линейных цилиндрах; поворотные разобраны в статье про поворотные пневмоцилиндры.

Из чего состоит пневмоцилиндр?

Деталь	Что делает
Гильза (труба цилиндра)	Рабочая полость, по которой движется поршень. Бывает из алюминиевого профиля, круглая из алюминия или нержавеющей стали
Поршень	Воспринимает давление воздуха и передаёт усилие на шток; разделяет две полости
Шток	Выводит движение наружу; на конце — резьба или присоединительный элемент (вилка, проушина, плавающее соединение)
Крышки (передняя и задняя)	Закрывают гильзу, несут порты подвода воздуха и точки крепления
Уплотнения	Поршневое держит давление между полостями, штоковое и грязесъёмник защищают шток; их износ — главная причина ремонта
Демпфирование	Гасит удар поршня в конце хода: упругое (эластичные буферы) или пневматическое регулируемое
Магнитное кольцо на поршне	Позволяет бесконтактному датчику «видеть» положение поршня снаружи гильзы

Состав зависит от конструкции: у бесштоковых нет выводимого штока, у цилиндров с направляющими есть дополнительные штанги, у шпильчатых крышки стянуты шпильками вдоль гильзы. Разбор замены уплотнений и состава набора — в статье про ремкомплект пневмоцилиндра.

Как работает пневмоцилиндр?

Принцип один для всех видов: перепад давления по обе стороны поршня создаёт силу, поршень со штоком движется в сторону меньшего давления.

• Одностороннего действия. Воздух подаётся в одну полость и двигает шток в одну сторону; обратно его возвращает пружина. Управляют таким цилиндром, как правило, трёхлинейным распределителем (3/2).
• Двустороннего действия. Воздух подаётся попеременно в обе полости, усилие есть на выдвижении и на втягивании. Управляют, как правило, распределителем 5/2 (или 5/3, если нужна остановка в промежуточном положении).

Скорость штока задают дросселями на подводе или выхлопе воздуха; подробно — в статье про дросселирование пневмоцилиндра. Сравнение двух схем действия с примерами — в статьях «Односторонний vs двусторонний пневмоцилиндр» и «Как выбрать по действию». Порядок монтажа и подключения: подключение пневмоцилиндра.

Какое усилие даёт пневмоцилиндр?

Теоретическое усилие на выдвижении F = P × A, где A — площадь поршня. На втягивании рабочая площадь меньше на площадь штока, поэтому усилие при том же давлении ниже. Для цилиндра одностороннего действия из результата вычитают усилие пружины. Значения ниже посчитаны для двустороннего действия при давлении 0,6 МПа (6 бар) и стандартных диаметров штока цилиндров ISO 15552.

Ø поршня, мм	Ø штока, мм	Выдвижение, Н	Втягивание, Н
32	12	483	415
40	16	754	633
50	20	1178	990
63	20	1870	1682
100	25	4712	4418

Это идеальные значения без учёта трения и противодавления на выхлопе. Реальное усилие меньше, поэтому цилиндр подбирают с запасом. Быстро посчитать под свой диаметр и давление можно в калькуляторе усилия цилиндра, скорость оценить в калькуляторе скорости. Если цилиндр длинный и работает на сжатие, проверьте шток на продольную устойчивость: расчёт по Эйлеру.

Пример. Профильный цилиндр WAALPC DSBC Ø50 с ходом 100 мм (артикул DSBC-50-100-PPV-A, пневматическое регулируемое демпфирование, магнитный поршень): при 0,6 МПа он выдвигает шток с усилием около 1178 Н. Это теоретическое значение без трения. Цена этого артикула: 6 280 ₽.

Какие бывают пневмоцилиндры?

Классификаций несколько. Коротко по главным признакам; полный обзор с серийными ссылками — в статье «Типы пневмоцилиндров: обзор и каталог серий».

Признак	Виды	Где применяют
Действие	одностороннего и двустороннего	зажимы, фиксаторы — одностороннего; основные механизмы — двустороннего
Конструкция	стандартные штоковые (профильные и шпильчатые), круглые мини, компактные, бесштоковые, с направляющими, двухштоковые, зажимные	от упаковочных линий до приспособлений станков
Присоединительный стандарт	ISO 15552 (профильные и шпильчатые от Ø32), ISO 6432 (мини круглые до Ø25), ISO 21287 (компактные), фирменные форматы	определяет, станет ли цилиндр на место цилиндра другой марки
Демпфирование	упругое, пневматическое регулируемое	тяжёлые грузы и высокая скорость — регулируемое
Датчики	с магнитным поршнем и без	контроль положения в автоматике

Стандарты: что гарантирует «ISO»

ISO 15552 (он заменил ISO 6431:1992) задаёт присоединительные размеры цилиндров Ø32–320 мм: резьбу штока, шаг и резьбу крепёжных отверстий в торцах. Конструкция корпуса (профиль или стяжные шпильки), ход, давление и демпфирование остаются за изготовителем. ISO 6432 охватывает мини-цилиндры круглого сечения до Ø25 мм, ISO 21287 — компактные цилиндры квадратного профиля. Не всё, что выглядит похоже, стандартно: компактные цилиндры SMC серии CQ2 и AirTAC SDA и ACQ — фирменные форматы, а не ISO 21287, поэтому подбор ведут по формату бренда. Соответствие серий стандартам разобрано в статье про совместимость ISO 15552, DIN и VDMA.

Наши серии, коротко:

• WAALPC SI и DSBC — профильные цилиндры по ISO 15552;
• DSNU и MAL — круглые мини-цилиндры: по ISO 6432 до Ø25, больший диаметр вне стандарта;
• SDA — компактные тонкие цилиндры для жёстких габаритов (фирменный формат, не ISO 21287);
• RMS — бесштоковые с магнитной связью.

Как выбрать пневмоцилиндр?

1. Усилие. Определите нагрузку, умножьте с запасом на трение и ускорение, по таблице или калькулятору найдите диаметр поршня.
2. Ход. Рабочий ход плюс технологический запас; для длинных ходов проверьте шток на изгиб.
3. Габариты. Мало места по длине — компактный (SDA) или бесштоковый (RMS); нужна жёсткая направляющая — цилиндр с направляющими.
4. Стандарт и крепление. Если меняется существующий цилиндр, ориентируйтесь на его формат и присоединительные размеры; тип крепления разобран в статье про крепление пневмоцилиндра (лапы, фланец, цапфа, вилка).
5. Демпфирование. Чем тяжелее груз и выше скорость, тем нужнее регулируемое: как выбрать тип демпфирования.
6. Датчики положения. Нужен контроль концов хода — берите цилиндр с магнитным поршнем: датчики положения пневмоцилиндра, электронный датчик DMSG. Зачем магнит на поршне — в статье про магнитный пневмоцилиндр.

Развёрнутый порядок выбора с примерами — в статье «Как выбрать пневмоцилиндр». Для замены цилиндра другой марки смотрите подбор по ISO 15552 на примере DSBC.

Типичные ошибки при выборе и эксплуатации

• Диаметр «впритык». Идеальное усилие считают без трения, в работе его не хватает; берите запас.
• «Соответствует ISO» без уточнения. Стандарт нормирует присоединительные размеры, а не весь цилиндр; старая редакция ISO 6431 не то же самое, что ISO 15552.
• Нет демпфирования на тяжёлом грузе. Удар в конце хода разрушает крышки и уплотнения.
• Боковая нагрузка на шток. Цилиндр рассчитан на осевое усилие; боковую нагрузку берут направляющие или плавающее соединение штока.
• Грязный воздух. Влага и пыль ускоряют износ уплотнений; ставьте подготовку воздуха.

Если цилиндр уже стоит и ведёт себя плохо: причины и диагностика, ремонт и замена уплотнений. Комплект уплотнений под серию — например, ремкомплект DSBC.

Рубрики каталога пневмоцилиндров

• Стандартные пневмоцилиндры — профильные и шпильчатые, в том числе по ISO 15552;
• Круглые пневмоцилиндры — мини-цилиндры, ISO 6432 и фирменные;
• Бесштоковые пневмоцилиндры — для длинных ходов в малых габаритах;
• Все пневмоцилиндры, включая компактные, с направляющими, зажимные.

Частые вопросы

Чем пневмоцилиндр отличается от гидроцилиндра?

Рабочая среда: у пневмоцилиндра — сжатый воздух, у гидроцилиндра — жидкость. Воздух сжимаем, поэтому пневмопривод быстрее и чище, но хуже держит промежуточное положение под нагрузкой. Гидропривод даёт большие усилия при малых диаметрах.

Что значит «двустороннего действия»?

Воздух подаётся в обе полости по очереди, поэтому шток выдвигается и втягивается под давлением. Усилие на втягивании меньше на площадь штока.

Как рассчитать усилие пневмоцилиндра?

F = P × A: давление умножить на площадь поршня. Например, при 0,6 МПа цилиндр Ø50 мм даёт около 1178 Н на выдвижении. Реальное значение меньше из-за трения, подбирайте с запасом или используйте калькулятор усилия.

Что такое ISO 15552 для пневмоцилиндров?

Стандарт на присоединительные размеры цилиндров Ø32–320 мм. Он заменил ISO 6431:1992. Цилиндры разных марок одного стандарта встают на одни и те же крепления, но конструкцию, ход и давление задаёт изготовитель.

Зачем магнит на поршне?

Магнитное кольцо на поршне срабатывает на герконовый или электронный датчик, закреплённый снаружи на гильзе. Так автоматика получает сигнал о положении штока без механических концевиков.

Когда нужен ремкомплект?

Когда падает усилие, слышна утечка воздуха у штока или между полостями, шток движется рывками. Чаще всего достаточно заменить уплотнения. Что входит в набор и как подобрать его под серию — в статье про ремкомплект пневмоцилиндра.