Dobór siłownika zaczyna się od zadania, nie od średnicy
Najczęstszy błąd polega na wyborze siłownika tylko dlatego, że dana średnica „zwykle wystarcza”. Poprawny dobór zaczyna się od określenia, co siłownik ma zrobić: przesunąć element, docisnąć detal, podnieść masę, zamknąć mechanizm albo wykonać szybki cykl.
Do obliczeń potrzebne są przynajmniej: kierunek ruchu, wymagana siła, dostępne ciśnienie, skok, orientacja montażu i oczekiwana prędkość. Przy długim skoku dochodzi sprawdzenie wyboczenia tłoczyska, a przy szybkich ruchach także energia do wyhamowania na końcu skoku.
Festo w aktualnej dokumentacji cylindrów ISO 15552 zwraca uwagę, że przy doborze nie należy opierać się wyłącznie na sile teoretycznej. W przykładzie doborowym producent zaleca jako zasadę bazową wykorzystanie tylko części teoretycznej siły, pozostawiając duży zapas na rzeczywiste warunki pracy.
Policz kolejne etapy doboru siłownika
Kalkulatory: dobór średnicy → siła rzeczywista → minimalne ciśnienie → prędkość → zużycie powietrza. Przy długim skoku sprawdź także wyboczenie tłoczyska i amortyzację.
Szybka ścieżka doboru – 9 kroków
Ustal siłę zewnętrzną, masę, tarcie i kierunek ruchu.
Nie dobieraj średnicy dokładnie na granicy siły teoretycznej.
Dobierz najbliższą większą standardową średnicę tłoka.
Sprawdź minimalne ciśnienie i realny spadek w instalacji.
Skok wynika z geometrii mechanizmu, nie z wymaganej siły.
Przy długim wysuwie sprawdź wyboczenie i sposób podparcia.
Policz wymagany przepływ i dobierz zawór oraz przewody.
Sprawdź energię ruchu i możliwości amortyzacji końcowej.
Na końcu dodaj siłownik do bilansu sprężonego powietrza.
Wskazówka od KalkulatorXXL
Jeżeli z obliczeń wychodzi średnica „pomiędzy” dwoma typowymi rozmiarami, zwykle wybiera się najbliższą większą średnicę, a nie podnosi ciśnienie tylko po to, aby utrzymać mniejszy cylinder. Większy zapas zwykle poprawia odporność układu na spadki ciśnienia i zmiany tarcia.
1. Oblicz wymaganą siłę
Najpierw określ obciążenie, które siłownik musi pokonać. Dla ruchu poziomego może to być tarcie prowadnic i siła procesu. Przy ruchu pionowym trzeba uwzględnić ciężar masy, czyli m·g. Przy docisku interesuje Cię wymagana siła na detalu.
Jeżeli siłownik ma poruszać masę dynamicznie, sama wartość ciężaru nie wystarcza. Dochodzą siły związane z przyspieszaniem oraz opory mechanizmu.
2. Dobierz średnicę tłoka do siły i ciśnienia
Teoretyczna siła wysuwu wynika z ciśnienia działającego na pole tłoka. Dla średnicy D pole wynosi πD²/4. W praktyce siła użytkowa jest niższa przez opory uszczelnień, przeciwciśnienie i straty w instalacji.
Aktualna dokumentacja Festo DNC pokazuje przy 6 bar teoretyczne siły wysuwu m.in. około 483 N dla Ø32, 754 N dla Ø40, 1178 N dla Ø50, 1870 N dla Ø63, 3016 N dla Ø80 i 4712 N dla Ø100. W tym samym materiale Festo pokazuje przykład, w którym do wstępnego doboru przyjmuje się tylko 50% siły teoretycznej.
3. Sprawdź wysuw i wsuw osobno
Przy wysuwie ciśnienie działa na całe pole tłoka. Przy wsuwie część powierzchni zajmuje tłoczysko, dlatego siła powrotu jest mniejsza. Różnica może być istotna, jeżeli proces wymaga podobnej siły w obu kierunkach.
Przykładowo Festo dla cylindrów DNC Ø50 mm przy 6 bar podaje teoretycznie około 1178 N przy wysuwie i około 990 N przy wsuwie.
Policz siłę wysuwu i wsuwuUwzględnij średnicę tłoka, tłoczysko i ciśnienie robocze.
4. Nie zakładaj, że przy siłowniku zawsze będzie 6 bar
Ciśnienie przy sprężarce lub regulatorze nie musi być takie samo jak ciśnienie dostępne podczas ruchu siłownika. Spadki powstają na filtrach, regulatorach, zaworach, złączkach i przewodach.
Jeżeli siłownik działa poprawnie tylko przy idealnych 6 bar, a podczas jednoczesnej pracy kilku odbiorników ciśnienie spada do 5,2 bar, zapas może zniknąć.
5. Skok dobierz z geometrii mechanizmu
Średnica odpowiada głównie za siłę, natomiast skok określa drogę ruchu. Jeśli detal musi przesunąć się o 300 mm, siłownik musi mieć odpowiedni skok po uwzględnieniu sposobu mocowania i wymaganych położeń krańcowych.
Nie warto dodawać przypadkowo bardzo dużego zapasu skoku. Dłuższy siłownik zajmuje więcej miejsca, zwiększa masę elementów ruchomych i może pogarszać odporność tłoczyska na wyboczenie.
6. Przy długim skoku sprawdź wyboczenie tłoczyska
Siła ściskająca długie, wysunięte tłoczysko może doprowadzić do wyboczenia zanim zostanie przekroczona nominalna siła samego cylindra. Ryzyko zależy od średnicy tłoczyska, długości swobodnej, sposobu podparcia i materiału.
Wyboczenie tłoczyska siłownikaSprawdź siłę krytyczną Eulera, zapas i minimalną średnicę tłoczyska.
7. Prędkość siłownika zależy od przepływu
Duży cylinder nie będzie poruszał się szybko, jeśli zawór, przewód lub regulator przepływu nie dostarczy odpowiedniej ilości powietrza. Im większe pole tłoka i większa wymagana prędkość, tym większy przepływ trzeba zapewnić.
Przy doborze sprawdź nie tylko nominalny przepływ zaworu, ale również przewody, FRL oraz rzeczywiste ciśnienie przed odbiornikiem.
8. Szybki siłownik musi bezpiecznie wyhamować
Energia kinetyczna rośnie z kwadratem prędkości. Dwukrotnie większa prędkość oznacza czterokrotnie większą energię kinetyczną tej samej masy. Dlatego przy szybkich cyklach trzeba sprawdzić dopuszczalną energię końcowego hamowania.
Festo w kartach cylindrów ISO 15552 podaje dopuszczalną energię uderzenia i zależność pomiędzy masą ruchomą a dopuszczalną prędkością końcową.
Energia kinetyczna i amortyzacjaPolicz energię masy i pracę siłownika przed końcem skoku.
9. Policz zużycie powietrza i częstotliwość cykli
Po mechanicznym doborze trzeba sprawdzić koszt przepływowy. Duży cylinder z długim skokiem wykonujący kilkadziesiąt cykli na minutę może być jednym z głównych odbiorników sprężonego powietrza w maszynie.
Zużycie zależy od objętości obu komór, ciśnienia oraz liczby cykli. Warto policzyć zarówno NL/cykl, jak i NL/min.
Zużycie powietrza siłownikaPolicz NL/cykl, NL/min i udział siłownika w bilansie maszyny.
Przykład doboru – obciążenie pionowe około 44 kg
Festo pokazuje w aktualnej dokumentacji przykład pionowego obciążenia 44 kg. Ciężar wynosi około 432 N. Cylinder Ø32 mm przy 6 bar ma teoretycznie około 483 N przy wysuwie, ale po zastosowaniu przyjętej w przykładzie zasady 50% dostępne byłoby tylko około 242 N.
Producent wskazuje więc większy cylinder Ø40 mm. Ten przykład dobrze pokazuje, dlaczego dobór dokładnie na wartość teoretyczną może prowadzić do zbyt małego napędu.
W swoim projekcie współczynnik zapasu dobierz do charakteru ruchu, tarcia, stabilności ciśnienia i konsekwencji zatrzymania. Nie istnieje jeden procent dobry dla wszystkich maszyn.
Najczęstsze błędy przy doborze siłownika
| Błąd | Skutek | Lepsze podejście |
|---|---|---|
| Dobór dokładnie na siłę teoretyczną | brak rezerwy przy tarciu i spadku ciśnienia | stosować świadomy zapas |
| Liczenie wysuwu i wsuwu tak samo | za mała siła powrotna | uwzględnić pole tłoczyska |
| Ignorowanie spadku ciśnienia | siłownik słabnie w czasie ruchu | sprawdzić przewód, zawór i FRL |
| Brak kontroli wyboczenia | niestabilne długie tłoczysko | sprawdzić siłę krytyczną |
| Za mały zawór | niska prędkość mimo poprawnej średnicy cylindra | dobrać przepływ do prędkości |
| Brak kontroli energii końcowej | uderzenia i szybkie zużycie | sprawdzić amortyzację |
Ciekawostka
Zwiększenie średnicy z Ø50 do Ø63 mm wygląda niepozornie, ale pole tłoka rośnie o około 59%. Przy tym samym ciśnieniu podobnie rośnie teoretyczna siła, dlatego standardowe stopnie średnic dają wyraźnie różne możliwości napędu.
Lista kontrolna przed zamówieniem siłownika
- siła wymagana w obu kierunkach,
- minimalne rzeczywiste ciśnienie przy siłowniku,
- średnica tłoka i tłoczyska,
- skok i całkowita długość zabudowy,
- sposób mocowania i prowadzenie obciążenia,
- ryzyko sił bocznych i wyboczenia,
- wymagana prędkość i czas cyklu,
- przepływ zaworu, regulatorów i przewodów,
- amortyzacja końca skoku,
- zużycie powietrza oraz wymagania środowiskowe.
Dla ucznia technikum i studenta
W zadaniach szkolnych zwykle zaczyna się od zależności F = p·A. W praktyce projektowej to dopiero pierwszy etap. Następnie dochodzą tarcie, przeciwciśnienie, dynamika, przepływ, wyboczenie oraz energia hamowania.
Warto również pamiętać, że 1 bar = 0,1 N/mm². Dzięki temu dla pola 1963 mm² i ciśnienia 6 bar można szybko policzyć teoretyczną siłę: 1963·0,6 ≈ 1178 N.
Dobrze dobrany siłownik nie jest więc po prostu „najmniejszym cylindrem, który matematycznie daje wymaganą siłę”, ale napędem spełniającym warunki całego cyklu pracy.
Źródła techniczne
Wartości przykładowe i zasady sprawdzono w aktualnych kartach Festo dla cylindrów ISO 15552. Dokumentacja pokazuje teoretyczne siły dla wysuwu i wsuwu, energię końcową oraz przykład doboru z rezerwą względem teoretycznej siły.
Festo – Standards-based cylinders DNC, ISO 15552, wydanie 2025/07
FAQ – dobór siłownika pneumatycznego
Ostatnia aktualizacja: 25.08.2026