油圧シリンダの種類：サイジングと選定ガイド

油圧シリンダは、掘削機、農業機械、プレス機、マテリアル ハンドリング システム、海洋機器、ファクトリー オートメーションに制御された直線力を提供します。{0}

適切なシリンダーはボアとストロークだけでは決まりません。必要な力、設置スペース、荷重方向、圧力、環境、デューティサイクル、取り付け形状はすべて選択に影響します。このガイドでは、主なシリンダーの種類、その構造、基本的なサイズ設定、および米国の購入者が標準ユニットまたはカスタムユニットを注文する前に収集する必要がある情報について説明します。

油圧シリンダの種類と使用場所

油圧シリンダは、作動方式、内部設計、構造、取付構造によって分類できます。カテゴリが重複しています。たとえば、溶接シリンダは複動式である場合もありますが、伸縮式シリンダは単動式または複動式である場合もあります。-。-。

*これらの数値は広い適用範囲であり、普遍的な評価ではありません。常にメーカーの使用圧力と耐圧力--の定格を使用してください。

単動シリンダーと複動シリンダー-

A 単動シリンダ- 油圧を使用してピストンを一方向に動かします。通常、重力、バネ、または外部荷重によって戻りの動きが得られます。この配置は、動力による格納が不要なダンプボディリフティングなどの用途に適しています。{2}

A 複動シリンダ-ピストンの両側に圧力ポートがあり、作動油が伸び縮みを制御します。機械が両方向の制御された動き、一貫したサイクルタイム、または正確な位置決めを必要とする場合に、これはより良い選択です。

伸縮シリンダ

A 伸縮式油圧シリンダー多段シリンダーとも呼ばれ、いくつかの入れ子になった管状ステージが含まれています。その主な利点は、ストロークと収縮長さの比率です。比較的短い閉じた円筒は、元の長さの数倍に伸びることがあります。

この設計は、ダンプ トラック、トレーラー、廃棄物処理装置、昇降プラットフォーム、および取り付けスペースが限られているその他の機械で一般的です。

ロッドレスシリンダ

ロッドレスシリンダは、本体から伸びる従来のロッドを使わずに、ピストンの動きを外部のキャリッジに伝達します。シリンダーバレルと延長ロッドの両方に十分なスペースがない場合でも、長い移動距離を実現します。

負荷のガイダンスが主な制約です。移動荷重は通常、シリンダに大きなモーメントや横荷重を強制的に吸収させるのではなく、外部のガイドを使用する必要があります。

プランジャー、タイロッド、溶接シリンダー

プランジャーまたはラム シリンダーは、大径のプランジャーを通じて圧縮力を生成し、持ち上げや加圧に一般的に使用されます。{0}

タイロッド シリンダは、雄ネジ付きロッドを使用してエンド キャップを固定します。-標準化された取り付け寸法と保守可能な構造により、産業機械で一般的になっています。

溶接シリンダーは、溶接されたバレルとエンドキャップ構造を使用します。-コンパクトな外皮と高い構造強度を備えており、移動式油圧機器に適しています。

シリンダの構成部品と取付構造

 

従来のほとんどの油圧シリンダには、同じ基本部品が含まれています。

- シリンダー バレルには圧力がかかり、ピストンの移動をガイドします。
- ピストンは圧力室を分離し、圧力を力に変換します。
- ピストン ロッドはその力を機械に伝達します。
- シリンダー ヘッドとキャップはバレルを閉じ、内部部品を支えます。
- ロッド ベアリングまたはガイドはロッドをサポートし、アライメントを維持します。
- ピストンとロッドのシールにより、内部および外部のオイル漏れが制限されます。
- ワイパーは、ロッドの周囲に汚れや水分が侵入するのを防ぎます。
- 油圧ポートは、シリンダーをバルブ、ホース、またはチューブに接続します。

このセクションの横にあるラベル付きの断面図は、エンジニアリングに詳しくない購入者がバレル、ピストン、ロッド、グランド、シール、ポートを識別するのに役立ちます。{0}

一般的な取り付けタイプ

フランジ マウントは、正しく位置合わせされている場合、しっかりとした取り付けを提供し、軸方向の荷重を効果的に処理します。

フットまたはサイド ラグ マウントにより、シリンダ本体を機械フレームに固定します。{0}横からの荷重を防ぐために、慎重な位置合わせが必要です。

クレビス マウントとピンアイ マウントにより、機構の移動に合わせてシリンダーを回転させることができます。{0}建設機械や農業機械によく見られます。

トラニオン マウントは、固定ピボットを中心とした角運動を可能にし、ストローク中にシリンダの角度が変化する機構に適しています。

球面ベアリングのロッドエンドは、限られた角度のずれに対応し、高荷重を運ぶ関節機構に役立ちます。

どのマウントを使用する場合でも、実際のロード パスに従う必要があります。油圧シリンダは、構造上のガイドとしてではなく、主に軸方向の力のために設計されています。位置がずれていると、ロッド シールの早期摩耗、傷、バレルの不均一な摩耗、バインディング、ロッドの曲がり、溶接やマウントの周囲の疲労が発生する可能性があります。{2}

ピン留めマウントと球面マウントは一般に、円弧を通って移動する機構に適しています。剛性の高いフランジとフット マウントには、特に正確な位置合わせが必要です。

NFPA 規格は、インチ-シリーズのボアとロッドの寸法、工業用取り付け寸法、ポート、座屈、圧力評価方法に対応しています。-これらは、米国の機器に互換性が必要な場合に特に関連します。

サイズ、力、圧力の計算

シリンダーのサイズ決定は、圧力、ピストン面積、力の関係から始まります。

**力=圧力 × 面積**

または：

**F = P × A**

どこ：

- **F**=力（ポンド）- 力（lbf）
- **P**=油圧 (psi)
- **A**=有効ピストン面積 (平方インチ)

拡張の場合:

**A=π × ボア² ÷ 4**

撤回の場合:

**A=ピストン領域 - ロッド領域**

ロッドによりピストンの片側の有効面積が減少するため、従来の単ロッド複動シリンダは通常、同じ圧力で押す力よりも引く力が小さくなります。{0}}

例 1: 3,000 psi で 10,000 lbf に必要なボア

必要な力:

**F=10,000 lbf**

使用可能な圧力:

**P=3,000 psi**

必要なピストン面積:

**A = F ÷ P**

**A=10,000 ÷ 3,000=3.33 in²**

ボア径:

**ボア=√(4A ÷ π)**

**ボア ≈ 2.06 インチ**

2.06 インチのボアが理論上の最小値です。実際の設計では、摩擦、圧力損失、荷重の変動、および適切な安全マージンも考慮する必要があります。したがって、正確な理論上のサイズを指定する代わりに、次の適切な標準ボアを選択することができます。

流量とシリンダー速度

シリンダ速度は主に流れによって決まります。

**速度=流量 ÷ 有効面積**

1 US ガロンは約 231 立方インチです。したがって：

**10 GPM=10 × 231 ÷ 60=38.5 インチ/秒**

例 2: 伸縮式シリンダーのおおよその伸長時間-

10 GPM で提供される、簡略化された 3 段階の単動伸縮シリンダを考えてみましょう。{0}{1}

|ステージ |有効径 |エリア |脳卒中 |
| --- | ---: | ---: | ---: |
|ステージ 1|4.0インチ|12.57インチ平方|20インチ |
|ステージ 2|3.0インチ|7.07インチ平方|20インチ |
|ステージ 3|2.25インチ|3.98インチ平方|20インチ |

38.5 インチ 3/秒で、ステージ 1 は次の速度で移動します。

**38.5 ÷ 12.57=3.06 インチ/秒**

その延長時間は次のとおりです。

**20 ÷ 3.06 ≈ 6.5 秒**

ステージ 2 の場合:

**38.5 ÷ 7.07=5.45 インチ/秒**

**時間 ≈ 3.7 秒**

ステージ 3 の場合:

**38.5 ÷ 3.98=9.67 インチ/秒**

**時間 ≈ 2.1 秒**

おおよその合計延長時間は次のとおりです。

**6.5 + 3.7 + 2.1=12.3 秒**

これは簡略化した計算です。実際の伸縮式シリンダーの設計では、メーカーの有効ステージ領域を使用し、シーケンス、内部形状、摩擦、圧力損失、負荷の変化を考慮する必要があります。

よくあるサイズ間違い

注文する前に、計算に以下の点が含まれていないことを確認してください。

- 後退力のために環状領域ではなくフルボア領域を使用しました
- バルブとホースによる圧力損失は無視されました
- 最大システム圧力のみからシリンダーを選択しました
- 長い圧縮ストローク中に見落とされたロッドの座屈
- サイドローディングを考慮できませんでした
- 必要なサイクル時間に対して油圧流量を過少に設定
- ストロークの終わり近くでクッショニングが無視されました

オンライン計算機を使用すると、この作業を簡素化できます。有用な入力には、ボア、ロッド直径、ストローク、圧力、流量、負荷、安全率などがあります。出力には、伸縮力、オイル量、推定移動時間などを含めることができます。

材質、シール、コーティング、規格

材料は機械的負荷と動作環境の両方に適合する必要があります。炭素鋼はバレルや構造部品に広く使用されています。海洋、食品加工、化学、腐食性の高い用途では、ステンレス鋼が必要になる場合があります。{2}}

ピストンロッドには硬質クロムメッキを施した焼入れ鋼が一般的に使用されます。重度の腐食や研磨作業では、高周波焼き入れ、軟窒化、ステンレス棒材、または WC-CoCr などの HVOF-適用耐摩耗性コーティング-が必要になる場合があります。外装部品には、ペイント、粉体塗装、リン酸塩前処理、その他の保護システムも使用されています。

シールの材質も同様に重要です。

|シール材質 |代表的な強度 |
| --- | --- |
| NBR |一般鉱油-油圧サービス |
| HNBR |耐熱性、耐摩耗性、耐老化性の向上 |
|ポリウレタン (PU) |強い耐摩耗性と耐押出性 |
| PTFE |低摩擦と幅広い化学的適合性 |
| FKM |高温{0}}および耐薬品性-の用途 |

温度制限と流体の適合性は、ポリマー ファミリだけでなく化合物にも依存します。たとえば、パーカーのシーリング ガイダンスでは、流体の種類とシールが静的か動的かに応じて、NBR、HNBR、FKM、TPU、およびその他の材料の選択が異なる可能性があることを示しています。

道路塩にさらされる沿岸サービス、海洋機械、除雪装置では、腐食防止に特に注意が必要です。{0}}

ASTM B117-26 は、金属およびコーティングされた金属の管理された塩水噴霧試験に関する米国の現在の慣行です。- ASTM は、塩水噴霧の結果を実際の耐用年数の直接の予測として扱うことに対して警告しています。{6}}

関連規格には、特定の 160 バール メトリック シリンダー用の ISO 6020-2 および 250 バール シリーズ シリンダー用の ISO 6022 も含まれる場合があります。 ISO 6022:2006 は執筆時点でも最新のものですが、代替版が開発中です。調達仕様書は、発注時に最新のリビジョンを確認する必要があります。

アプリケーション、メンテナンス、および障害モード

環境が異なれば、異なるデザインが好まれる傾向があります。

- 建設機械では通常、衝撃荷重に耐えるように作られたコンパクトな溶接複動シリンダが使用されています。-
- 農業機械では、機構が角度を変えて動くため、クレビス、クロスチューブ、またはピン マウントを備えた溶接シリンダーがよく使用されます。-
- ダンプ トラックやトレーラーは、限られた設置スペース内で長い持ち上げストロークを得るために伸縮シリンダーを使用します。
- 産業用プレスや工場設備では、再現性と保守性が重要となるタイロッドや-頑丈なミル- スタイルのシリンダーがよく使用されます。-
- 海洋および港湾設備には、追加の腐食保護と、ロッドとシールの慎重な選択が必要です。

一般的な故障には、外部ロッド-シールの漏れ、内部ピストン-シールの漏れ、ロッドの傷や腐食、ロッドの曲がり、ロッド ベアリングの磨耗、バレルの損傷、溶接やマウントの周囲の疲労亀裂、過熱、エアレーションやキャビテーション、汚染に関連したシールや表面の損傷などがあります。{2}}

負荷によりシリンダーがドリフトする場合は、オイルがピストンシールを迂回しているか、方向バルブまたは制御バルブを通って漏れているかどうかを確認してください。

外部漏れが発生した場合は、シールを交換する前にロッドを点検してください。傷や腐食のある表面に新しいシールを貼り付けても、すぐに再び機能しなくなる可能性があります。

シールや摩耗部品が損傷しても、バレル、ロッド、構造部品が許容範囲内にある場合は、再構築が経済的です。通常、ロッドがひどく曲がっている場合、バレルに深い傷がある場合、構造溶接部に亀裂が入っている場合、腐食がひどい場合、部品が入手できない場合、または修理費用が新しいシリンダーの価格に近づいている場合には、交換の方が魅力的です。

米国のバイヤーが RFQ に含めるべき内容

役立つ見積依頼には次の内容を含める必要があります。

- シリンダーの種類
- ボアとロッドの直径
- ストローク
- 収縮時と伸長時の長さ
- 作動圧力とピーク圧力
- 必要な押し力と引き力
- 動作速度
- 取り付けスタイルとロッドエンド接続-
- ポートのタイプ、サイズ、位置
- 作動油と動作温度
- デューティ サイクル
- 屋外または腐食性の暴露
- 数量
- 図面または既存のシリンダー部品番号
- テストと認定の要件

標準の交換用シリンダーには数百ドルかかる場合があります。特殊な溶接、伸縮式、ステンレス製、大口径-、センサー-を備えたカスタム設計のユニットは、すぐに数千ドルの費用がかかることがあります。

リードタイムも異なります。在庫品はすぐに発送される場合がありますが、カスタムシリンダーの場合は数週間かかることがよくあります。現在のメーカーの例では、多くのカスタム プロジェクトではおよそ 3 ～ 8 週間かかりますが、異常に大規模または複雑なシステムの場合はさらに長いスケジュールがかかります。

海外でカスタム シリンダーを調達する場合は、プロトタイプの承認、圧力テスト、文書、梱包、海上または航空による輸送、予備のシール キット、保証サポート、交換部品の入手可能性と単価を比較してください。{0}}

シリンダ選定の準備

ボアサイズだけではなく、完全な用途から始めてください。力、ストローク、取り付け形状、圧力、流量、環境、デューティサイクル、ロッドの安定性、シール材質、利用可能なスペースはすべて最終設計に影響します。

エンジニアリングレビューや見積りを依頼する前に、ボア、ロッド径、ストローク、取付寸法、使用圧力、アプリケーションの詳細、および既存の図面を準備してください。

有用なサポート リソースには次のものが含まれます。

- 油圧シリンダ力計算機
- 円柱のサイズ設定の Excel テンプレート-
- 油圧シリンダ仕様 PDF
- 設置とメンテナンスのチェックリスト
- カスタム-シリンダー RFQ フォーム

保証された応答時間、米国内での電話サポート、迅速なプロトタイプ、またはサンプルシリンダーを提供する企業は、一般的な主張に頼るのではなく、RFQ ボタンの横にそれらの具体的な約束を記載する必要があります。

よくある質問

単動シリンダと複動シリンダの違いは何ですか?{0}

単動シリンダは、一方向に油圧を使用し、戻りには重力、バネ、または外部荷重に依存します。{0}}複動シリンダは伸縮に圧力を使用するため、制御された双方向の動きに適しています。

伸縮シリンダーは標準シリンダーとどう違うのですか?

伸縮シリンダは、収縮した長さに比べてはるかに長いストロークを実現します。多段構造のため設計とメンテナンスがより複雑になりますが、限られたスペースで長い移動が必要な設置に適しています。

ロッドレスシリンダがより適切な選択となるのはどのような場合ですか?

ロッドレスシリンダは、長い直線移動が必要だがピストンロッドを伸ばすのに十分なスペースがない場合にうまく機能します。過度のモーメントや横荷重はシリンダの寿命を縮めるため、移動負荷には通常、外部ガイドを設ける必要があります。

ボア、ロッドのサイズ、圧力はどのように計算すればよいですか?

**F=P × A** を使用して、目標の力に必要なピストン面積を見つけます。次に、後退力、ロッドの座屈、流量要件、圧力損失を確認しながら、ボア、ロッド径、システム圧力、安全率を選択します。

側面荷重を最小限に抑える取り付け構成はどれですか?

すべてのマシンに最適なマウントというものはありません。クレビス、トラニオン、ピンアイ、球面ベアリング マウントは、ピボット機構に適しています。{2}フランジおよびフット マウントは、負荷がシリンダ軸と正確に位置合わせされている場合に適切に機能します。

海岸や道路の塩分環境に適したシールとコーティングはどれですか?{0}}

腐食環境では、ステンレス製コンポーネント、改良されたロッドおよび外部コーティング、および流体と動作温度の両方に適合したシールが必要となる場合があります。塩水噴霧試験ではコーティング システムを比較できますが、屋外での耐用年数を直接予測することはできません。{1}}

シリンダーを交換する前に確認すべきことは何ですか?

外部漏れ、ロッドの傷、腐食、位置ずれ、曲がり、内部漏れ、バルブの漏れ、汚染、取り付けの摩耗、圧力スパイク、異常な温度を検査します。シール関連の欠陥の多くは修理可能ですが、構造的損傷や重大な表面損傷の場合は交換が必要になる場合があります。{1}}