실린더란?
실린더는 공급된 압력을 추진력으로 증폭 변환시키는 기기입니다. 실린더의 압력원으로 사용되는 것은 공기나 기름입니다. 실린더는 파스칼의 원리를 이용한 내부 구조로 추진력을 만들어 냅니다.
실린더에 의해 증폭된 추력은 생산설비의 구동부에서 필요한 직선의 왕복운동이나 회전의 흔들림 운동에 이용되고 있습니다. 자동차, 반도체, 식품산업 등에서 활용되는 것이 공압을 구동원으로 하는 공압실린더(에어실린더)입니다.
유압을 구동원으로 하는 유압실린더는 건설기계, 중장비, 프레스 장비 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
실린더의 사용 용도
공압 실린더는 자동차, 반도체, 식품 산업 등의 생산 공장에서 많이 활용되고 있습니다. 공압 실린더를 사용하면 노동력 절감이나 자동화를 목적으로 한 공작물 이동 등을 쉽고 컴팩트하게 실현할 수 있습니다. 이 때문에 공압 실린더는 다양한 자동화 장치에 채택되어 조립, 이송 등의 동작에 활용되고 있습니다.
공압 실린더에서 사용되는 압력이 0.5MPa 정도인 경우, 직선의 왕복 운동이나 회전의 흔들림 운동 등 사람의 힘에 가까운 작업을 쉽게 구현할 수 있습니다. 반면 유압실린더는 공압실린더에 비해 훨씬 높은 추력을 얻을 수 있기 때문에 건설장비나 중장비 등 파워가 필요한 곳에 활용되고 있습니다.
실린더의 원리
실린더는 파스칼의 원리를 이용해 추력을 발생시킵니다. 실린더의 측면에 공기나 기름이 드나드는 급배기구가 배치되어 있습니다. 급배기구에서 공급된 압력은 파스칼의 원리에 의해 실린더 내부의 피스톤과 로드를 앞뒤로 움직여 추력을 발생시킵니다.
실린더의 급배기구에 공급되는 압력이 공압인 경우, 추력은 소~중 정도입니다. 유압의 경우 중~대형 추력을 얻을 수 있다. 실린더의 구조는 크게 실린더 튜브, 피스톤 로드, 앞뒤 커버로 구성됩니다.
주사기로 비유하면 바깥쪽의 통 부분이 실린더 튜브, 내부를 왕복하는 부분이 피스톤 로드입니다. 그리고 실린더의 뚜껑이 되는 부분이 앞뒤 커버가 됩니다. 또한 에어 실린더의 경우 커버 부분에 쿠션이 사용되어 구동 시 충격을 흡수하는 역할을 합니다.
또한, 실린더의 피스톤 외곽에 사용되는 것이 패킹입니다. 패킹은 실린더 측과 로드 측의 밀폐성을 유지하면서 정확한 움직임을 보장하는 역할을 합니다. 실린더의 슬라이딩이 나빠지는 원인이 바로 패킹의 손상입니다. 따라서 패킹은 유지보수 부품으로 취급되는 경우가 많습니다.
실린더의 종류
실린더 내부 공간의 명칭은 실린더 측(또는 튜브 측), 로드 측이라고 부릅니다. 로드 측은 피스톤을 구동하는 로드가 공간 내부에 있는 쪽입니다. 그리고 공간 내에 아무것도 없는 쪽이 실린더 측이 됩니다.
1. 복동 실린더
복동 실린더는 실린더 측과 로드 측 모두에 유체(공기 또는 유압이 일반적)를 채워 압력을 가하여 신장 및 수축 동작을 자유자재로 하는 방식입니다. 압력을 가하는 급배기구가 2개가 있으며, 각각의 급배기구에서 급기와 배기를 교환함으로써 피스톤의 로드가 왕복 운동합니다.
2. 단동 실린더
단동 실린더는 한쪽만 유체에 의한 압력 변동으로 구동하는 방식입니다. 압력을 가하는 급배기구가 하나 있고, 이 급배기구에 압력을 가하면 피스톤의 로드가 움직이고, 급배기구에서 압력을 빼면 로드가 되돌아갑니다.
실린더 선택 방법
실린더를 선택할 때 스트로크를 고려해야 합니다. 실린더의 스트로크는 실린더가 늘어나고 줄어드는 거리를 말합니다.
실린더가 완전히 늘어나고 완전히 수축된 위치를 실린더의 스트로크 끝이라고 합니다. 즉, 스트로크 끝은 더 이상 피스톤을 움직일 수 없게 되는 위치를 말합니다.
스트로크의 최대 거리는 실린더 튜브와 로드의 길이에 따라 결정됩니다. 하지만 재현 없이 길게 할 수 있는 것은 아닙니다. 길이에 비해 직경이 작으면 가공이 어려워지기 때문입니다. 또한 길이가 길어지면 실린더 내경과 피스톤 외경의 진원도를 유지하기가 어려워집니다. 진원도가 나쁘면 기밀성이 떨어지고, 실린더로서 정확하게 움직일 수 없게 됩니다.
또한, 스트로크에 비해 직경이 작은 경우에는 신장 시 과부하가 걸리면 실린더가 좌굴할 우려가 있다는 것이 문제입니다. 따라서 목적에 맞는 스트로크 및 직경을 선정해야 합니다.