FORZE NEI CILINDRI

La forza che un cilindro deve esercitare permette, in fase di dimensionamento, di determinare il diametro dello stantuffo, corrispondente all'alesaggio del cilindro, in funzione della pressione nel circuito. Viceversa, è possibile calcolare la spinta che un cilindro è in grado di fornire una volta note l'area del cilindro stesso e la differenza di pressione esistente tra le due camere.

Se la velocità dello stantuffo è costante, cioè se non si tiene conto dei transitori di avviamento e di arresto, nel caso di un cilindro a semplice effetto, si ha che la forza di lavoro utile F è:

dove          

• p₁ è la pressione nella camera motrice

• S₁ è la sezione dello stantuffo

• F_r è la forza dovuta alle resistenza di attrito presenti sulle guarnizioni dello stantuffo e dello stelo

• F_m = K x è la forza dovuta alla molla

Nel caso di un cilindro a doppio effetto, si ha invece che la forza utile è:

dove

• p₂ è la pressione nella camera in scarico

• s₂ è la superficie su cui agisce tale pressione

Nella formula si è tenuto conto che, nei comuni cilindri, forniti cioè di stelo su una sola faccia dello stantuffo, le superfici su cui agiscono le pressioni nelle due camere sono differenti. Questo provoca quindi spinte diverse a seconda che l'aria di alimentazione venga immessa in una camera oppure nell'altra.

Generalmente, i cilindri a doppio effetto sono usati collegando una camera con l'alimentazione e l'altra con lo scarico mediante tubi e valvole.

Questo fa sì che la pressione motrice sia inferiore a quella di alimentazione e che quella di scarico sia superiore a quella atmosferica.

Valori tipici sono: p₁ = 0.8 p_{alimentazione} e p₂ = 0.2 - 0.4 [bar].

Si noti che le forze di attrito variano con il tipo di guarnizione, che dipendono dal forzamento della guarnizione e che sono molto influenzate dalle condizioni d'uso. Infatti, un buon ingrassaggio o una buona lubrificazione permettono di ridurre notevolmente le forze di resistenza.

Usualmente, per tenere conto delle forze d'attrito, si riduce del 10-20% la forza teorica massima ottenibile dal cilindro data da

p₁ S₁

Se poi si tiene conto, oltre che delle forze di attrito, anche della p₂ non trascurabile, allora si considera un coefficiente di sicurezza pari al 60-70%, cioè che la forza utile sia pari al 60-70% della forza teorica massima.

Nella tabella qui a fianco sono riportate le forze teoriche sia in fase di spinta che in fase di trazione nel caso di

p_{alimentazione} = 6 [bar]