Notions de base pour la sélection des vérins pneumatiques
Les vérins pneumatiques sont des composants importants dans les systèmes pneumatiques qui génèrent des mouvements mécaniques à l’aide d’air comprimé. Ils sont utilisés dans une variété d’applications, comme dans l’industrie manufacturière, dans la construction d’usines ou dans la construction de machines personnalisées.
Qu’est-ce qu’un vérin pneumatique ?
Un vérin pneumatique, ou vérin à air comprimé, est un actionneur qui utilise de l’air comprimé pour convertir une force en mouvement linéaire. Dans les systèmes pneumatiques, l’air comprimé est fourni par les conduites du compresseur aux consommateurs. Là, il est converti en mouvements mécaniques par des éléments d’actionnement, tels que des vérins Ces vérins effectuent généralement des mouvements linéaires, mais peuvent également effectuer des mouvements de pivotement à l’aide de composants de transmission. Ils sont généralement composés d’un boîtier cylindrique, d’un piston et d’une tige de piston et sont utilisés dans diverses applications pour transférer des forces ou pour soulever et déplacer des objets. Le choix du vérin pneumatique approprié dépend des exigences de l’application respective. La longueur de course, la force, la pression de fonctionnement et la température constituent par exemple les facteurs importants.
Conception de vérins pneumatiques
Les vérins pneumatiques sont généralement constitués des principaux composants suivants :
- Boîtier cylindrique : Le boîtier cylindrique a une forme similaire à celle d’un tuyau ou d’un « fût », il est généralement en acier. Il contient d'autres composants tels que le piston, la tige de piston et les éléments d'étanchéité.
- Connexions Les connexions sont situées aux extrémités du cylindre pneumatique. L’air comprimé peut y pénétrer ou en sortir.
- Piston : Le piston est situé à l’intérieur du cylindre, il est déplacé par de l’air comprimé.
- Tige de piston : La tige de piston est située dans le tuyau cylindrique, elle est connectée au piston d'entraînement. Le mouvement linéaire du piston est transféré vers d'autres pièces de la machine avec la tige de piston.
- Éléments d’étanchéité : Les éléments d’étanchéité garantissent que la pression dans le cylindre est maintenue ou compensée.
(1) Tige de piston (2) Boîtier cylindrique (3) Connexions (4) Piston (5) Éléments d’étanchéité
Différenciation des vérins pneumatiques selon le principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement des vérins pneumatiques repose sur le principe de changement de pression et de volume. L’air comprimé dirigé dans le cylindre déplace le piston. Selon le principe de fonctionnement et l’application de la force, on distingue les vérins pneumatiques à action unique et les vérins pneumatiques à double action.
Un vérin pneumatique à action unique a un raccord unique. L’air comprimé pénètre par ce raccord, prolongeant la tige de piston. En raison du principe de fonctionnement des vérins pneumatiques à action unique, la force ne peut être exercée que dans une seule direction. Si l’air comprimé est relâché par le même raccord, la tige revient à sa position d’origine. La rétraction de la tige peut être contrôlée à l’aide d’un ressort de rappel ou d’une force externe.
Un vérin pneumatique à double action fonctionne dans les deux sens. Il dispose de deux raccords d’air comprimé, qui pressurisent alternativement le vérin pneumatique des deux côtés. De cette façon, la tige de piston est déplacée vers l’avant et vers l’arrière. Selon le côté alimenté en air comprimé, le vérin pneumatique contrôle la direction du mouvement et déploie toute sa force dans les deux directions.
Différentes versions de vérins pneumatiques
Il existe différentes versions de vérins pneumatiques Les explications énumérées ci-dessous font partie des variantes les plus courantes et/ou les plus connues à titre d’exemples. Outre ces variantes, il existe d’autres variantes pour diverses applications spéciales.
Cylindre pneumatique avec amortissement en fin de course
Les vérins pneumatiques avec amortissement de la position finale sont équipés de tampons élastiques ou d’accélérateurs réglables pour ralentir légèrement le mouvement de la tige de piston avant qu’elle n’atteigne sa position finale. Cet amortissement protège contre les chocs et augmente la durée de vie du système en empêchant le piston d’impacter le fond du cylindre à des vitesses excessives.
Vérin sans tige de piston
Les vérins pneumatiques sans tige représentent une forme spéciale de vérins pneumatiques qui sont différents des vérins conventionnels en raison de l’absence de tige de piston projetée. Le piston se déplace dans le cylindre et transmet sa force soit par un guide externe, une courroie ou par la fixation latérale d'un actionneur linéaire. Ce type de construction permet des longueurs de course plus importantes sous une forme plus compacte, ce qui les rend particulièrement adaptées aux applications précises et aux restrictions spatiales.
Vérin pneumatique synchrone
Sur un vérin pneumatique synchrone, les cylindres sont conçus pour fonctionner de manière synchrone les uns avec les autres. Cela permet à tous les cylindres de se déplacer en même temps et à la même vitesse. Cela permet d’optimiser les processus d’usinage car le mouvement synchrone permet des mouvements au-delà de l’intensité d’un seul cylindre. Les vérins pneumatiques synchrones sont souvent utilisés dans les applications où des mouvements précis et uniformes sont requis, comme dans la technologie d’assemblage ou de conditionnement.
Cylindres multi-positions
Ce type de cylindre se compose également de plusieurs vérins pneumatiques à double action qui sont directement reliés les uns aux autres. En fonction de l’application d’air comprimé, les pistons individuels du cylindre s’étendent dans différentes directions. Par exemple, lorsque deux cylindres de longueurs de course différentes sont connectés, l’actionnement et la division de la course donnent quatre positions que le cylindre peut assumer. Les cylindres multi-positions sont généralement utilisés lorsque plusieurs positions cibles sont requises, comme dans la technologie d’emballage ou la technologie d’assemblage.
Cylindres à membrane
Les cylindres à membrane appartiennent également à la classe des cylindres pneumatiques et, contrairement au vérin pneumatique, ont une membrane flexible ou un soufflet au lieu d’un piston. La membrane se dilate en réponse à l’alimentation en air comprimé, créant ainsi un mouvement et une force. Avantage des cylindres à membrane : la capacité à travailler dans des environnements où les risques de fuite ou de contamination doivent être évités en éliminant le besoin de tiges de piston ou de joints qui se projettent du cylindre. Ils sont donc parfaitement adaptés pour les applications propres ou stériles.
Sélection des vérins pneumatiques
Lors de la sélection d’un vérin pneumatique, la force requise pour déplacer la charge à une certaine vitesse joue un rôle clé. La force du cylindre doit être légèrement supérieure à la force requise pour déplacer la charge. La force générée dépend de divers facteurs, notamment la pression de service et le diamètre effectif du piston. La formule de base pour calculer la force F du vérin pneumatique est la suivante :
Où p représente la pression exercée sur le piston et a la surface effective qui entre en contact avec l’air. Le diamètre du piston d est utilisé pour calculer l’aire de surface effective a :
En utilisant la pression de service p et l’aire de surface déterminée a , la force maximale potentielle peut maintenant être déterminée et donc la sortie maximale du cylindre. Cependant, la force générée en réalité peut être un peu plus faible en raison d’aspects tels que le frottement ou la chute de pression dans les conduites et les vannes. Il convient également d’indiquer que les formules susmentionnées et le calcul de la force concernent les vérins pneumatiques à action unique. Pour les vérins pneumatiques à double action, le calcul doit également prendre en compte la course de retour en plus de la course de déploiement.
Avantages et inconvénients des vérins pneumatiques
Les vérins pneumatiques se caractérisent par divers avantages . Leur construction robuste constitue un facteur important. Ils peuvent résister à diverses influences environnementales et contraintes mécaniques. En raison de leur conception simple, les vérins pneumatiques sont d’abord moins chers parce qu’ils ne nécessitent pas d’électronique ou de commandes complexes, et d’autre part, leur maintenance et leur réparation sont également plus faciles, par exemple, par rapport aux systèmes électroniques ou hydrauliques. En outre, il convient de mentionner que les vérins pneumatiques fonctionnent très proprement, car ils ne fonctionnent qu’avec de l’air comprimé. Même si l’air s’échappe en raison d’une fuite, il n’y a pas de contamination. De plus, l’assemblage est très facile, car l’air d’échappement peut sortir directement dans l’environnement et donc aucune conduite de retour complexe n’est nécessaire.
L’un des inconvénients réside dans le fait que les vérins pneumatiques nécessitent de l’air propre et sec pour fonctionner de manière optimale. La contamination ou l’humidité dans l’air peut provoquer une usure prématurée ou de la condensation dans le système, ce qui à son tour pourrait nuire à l’efficacité et à la durée de vie des cylindres. Autre aspect à prendre en compte : l’effet « stick-slip ». Cet effet fait référence au glissement de corps solides en mouvement les uns contre les autres et se produit lorsque le frottement statique est significativement supérieur au frottement de glissement. Étant donné que les forces de frottement statique dans les vérins pneumatiques sont environ deux fois plus importantes que celles du frottement de glissement, l’effet de glissement par adhérence peut parfois se produire très rapidement.
Zones d’application des vérins pneumatiques
Les vérins pneumatiques sont utilisés dans une variété d’industries et d’applications. Ils sont souvent utilisés dans l’ingénierie mécanique et l’ingénierie d’usine pour effectuer des mouvements répétitifs, tels que des lignes de production automatisées. Des vérins pneumatiques sont utilisés pour effectuer des tâches telles que le serrage, le tournage ou le levage. Cependant, les vérins pneumatiques sont également utilisés dans les systèmes de convoyeur pour ouvrir ou fermer les patins, par exemple, ou pour déplacer des matériaux d’une courroie à l’autre.
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