공압 실린더의 종류와 설명 + 액추에이터

 

 

 

3. 공압 액추에이터

액추에이터(actuator)란 에너지를 사용하여 기계적인 일을 하는 작동 요소를 말하는 것으로, 공압 액추에이터는압축 공기의 압력 에너지를 기계적인 에너지로 변환하여 직선 운동, 회전 운동 등의 체계적인 일을 하는 기기로서구동 기기 또는 작동 기기라고도 한다. 대표적인 공압 액추에이터에는 피스톤 로드가 직선 운동을 하는 공압 실린더와 샤프트가 연속적으로 회전 운동을 하는 공압 모터, 그리고 샤프트가 한정된 각도 내에서만 회전 운동을 하는요동형 액추에이터가 있다.

 

 

 

3.1 공압 실린더

공압 실린더는 공기의 압력 에너지를 직선적인 기계적인 힘이나 운동으로 변환시키는 작동 요소이며, 자동화의 직선 운동 요소 중 가장 많이 사용되는 기기로서 매우 기본적인 것부터 사용 목적에 따른 특수한 구조의 제품까지 다양하게 제작되고 있으며 그중에서도 피스톤 형식의 복동 실린더가 가장 많이 사용되고 있다.

 

 

 

3.1.1 공압 실린더의 기본 구조

복동 실린더의 구성은 실린더의 외곽을 이루는 부분으로 피스톤의 움직임을 안내하는 실린더 튜브, 공기 압력을받아 미끄럼 운동을 하는 피스톤과 피스톤의 움직임을 튜브 외부로 전달하는 피스톤 로드, 실린더 튜브의 양 끝단에 설치되어 피스톤의 행정 거리를 결정하는 헤드 커버와 로드 커버 및 체결 로드 등으로 구성되어 있다. 대부분의공압 실린더는 이 기본 구성 요소를 사용 목적에 따라 바꾸거나 또는 다른 기능을 부가해서 여러 가지 종류의 실린더를 만드는 것이다.

 

 

 

3.1.2 공압 실린더의 종류

공압 실린더는 피스톤의 형식, 작동 방식, 완충 장치의 유무, 설치 방법 및 복합 기능의 조합에 따라 여러 종류의 실린더가 있다.

 

(1) 피스톤 형식에 따른 분류

A. 피스톤형

표준 공압 실린더와 같이 피스톤과 피스톤 로드를 갖춘 구조의 실린더이다.

 

B. 램형

피스톤 직경과 로드 직경의 차가 없는 가동부를 갖춘 구조로써 복귀는 자중이나 외력에 의해 이루어지며 공압용으로는 별로 사용되지 않는다.

 

C. 비 피스톤형

가동부에 다이어프램형이나 밸로즈를 사용한 형식으로, 이 실린더는 미끄럼 저항이 적고 최저 작동 압력이 약0.1kgf/cm$^2$ 정도로 낮은 압력으로 고감도가 요구되는 곳에 사용된다.

 

 

 

(2) 실린더의 작동 방식에 따른 분류

A. 단동 실린더(single acting cylinder)

한 방향 운동에만 공압이 사용되고 반대 방향의 운동은 스프링이나 자중 또는 외력으로 복귀하는 실린더로서, 주로 한 방향으로만 일을 하는 경우에만 사용된다. 복귀 운동용 스프링이 내장된 단동 실린더는 스프링 때문(stroke)에 제한되는데 보통 150mm 정도가 최대 행정 길이이다. 단동 실린더는 공압이 한쪽으로만 공급되어작동되므로 복동 실린더에 비해 공기 소비량이 적고, 방향 제어 밸브도 3포트 밸브로 충분하다는 장점이 있다. 주요 용도로는 클램핑, 프레싱, 이제팅 등의 용도로 사용된다.

 

B. 복동 실린더(double acting cylinder)

복동 실린더는 압축 공기를 전, 후진 포트 양측에 번갈아 가며 공급하여 피스톤을 전진 운동하거나 또는 후진 운동을 시키는 실린더이다. 따라서 전진 운동 시 나 후진 운동 시 모두 일을 할 수 있다. 대부분 공압 실린더는 복동 실린더가 사용되며, 복동 실린더에 각종 기능을 첨가하여 복합 실린더로 사용하기도 한다.

 

C. 차동 실린더

헤드측 단면적과 로드측의 단면적 비가 2 : 1로 일정하며 전진과 후진 시의 실린더 면적 차를 이용하여 출력으로이용하는 실린더이다.

 

 

 

(3) 완충 장치의 유무에 따른 분류

실린더의 피스톤 속도가 빨라지면 피스톤이 헤드 커버나 로드 커버에 닿을 때 충격력이 발생하게 된다. 특히 부하의 관성력이 크게되면 충격으로 인해 기계의 강성을 저하시키게 되고 피스톤이나 피스톤 로드가 파손이되는 경우가 빈번하게 발생한다. 실린더의 행정 끝단에서 이 충격력을 완화하는 장치를 완충(쿠션) 장치라 하며, 공압 실린더는 완충 장치가 내장된 실린더와 완충 장치가 없는 실린더로 구별된다. 또한 완충 장치가 있는 실린더도 한쪽만있는 형식과 양쪽 모두에 내장된 양쪽 쿠션형이 있다. 쿠션 기구로는 소형의 실린더에서는 고무 댐퍼를 사용하지만, 직경이 20mm 이상인 실린더에서는 에어 쿠션 기구를 사용한다. 에어 쿠션은 공기의 압축성을 이용한 원리로이 방식은 대부분 니들 밸브를 조절하는 것에 의해 완충 능력을 변화시킬 수 있는 가변식이 대부분이다.