Cylindres pneumatiques - Principe de fonctionnement et types

Un cylindre pneumatique convertit l'énergie de l'air comprimé en un mouvement linéaire alternatif. Ils sont simples à utiliser et constituent une solution économique pour déplacer des charges de façon linéaire, ce qui les rend couramment utilisés dans l'automatisation des machines et des processus industriels. Cet article donne un aperçu complet du fonctionnement des vérins pneumatiques, des différents types de vérins pneumatiques, de leurs principales qualités et de la manière de les sélectionner pour une application.

Table des matières

• Pièces pour vérins pneumatiques
• Principe de fonctionnement du cylindre pneumatique
• Longueur, vitesse et durée de la course
• Calcul de la force
• Normes
• Vérins sans tige
• Amortissement
• Accessoires pour vérins pneumatiques
• Symboles
• Critères de sélection
• Entretien des cylindres pneumatiques
• FAQ

Pièces pour vérins pneumatiques

La figure 2 montre les principaux composants d'un vérin pneumatique à double effet.

• Orifice à l'extrémité du capuchon (A) : Le capuchon à l'arrière du cylindre pneumatique où l'air comprimé peut entrer ou sortir.
• Biellette (B) : Les tirants sont de longues tiges qui maintiennent le cylindre pneumatique. Ils s'étendent sur toute la longueur du cylindre pneumatique et relient le capuchon et les têtes de tige entre eux.
• Orifice en bout de tige (C) : Le capuchon situé à l'extrémité de la tige du cylindre pneumatique, par lequel l'air comprimé peut entrer ou sortir.
• Piston (D) : Un élément en forme de disque qui se déplace à l'intérieur du cylindre. Il se déplace en réponse aux changements de pression de l'air et se connecte à la tige du piston.
• Tonneau (E) : Le corps cylindrique qui contient le piston.
• Tige de piston (F) : La tige de piston est reliée au piston et se déplace avec lui pour créer un mouvement linéaire. L'extrémité de la tige du piston est généralement fixée à un accessoire ou à la charge.

Pour en savoir plus sur ces pièces, consultez notre article sur les pièces des vérins pneumatiques.

Principe de fonctionnement du cylindre pneumatique

Le principe général de fonctionnement d'un vérin pneumatique dépend du type de vérin, simple ou double effet. Une brève description est donnée ci-dessous, mais pour en savoir plus, consultez notre article sur les vérins pneumatiques à simple effet et à double effet.

Cylindre pneumatique à simple effet

Un vérin pneumatique à simple effet utilise l'air comprimé pour entraîner le piston dans une seule direction. Un ressort mécanique ramène le piston à sa position initiale. La figure 3 illustre les deux possibilités de conception. La figure 3 étiquette A montre que le ressort est utilisé pour étendre le piston vers l'extérieur et que l'air comprimé rétracte le piston vers l'intérieur. L'étiquette B de la figure 3 montre que le ressort est utilisé pour rétracter le piston vers l'intérieur et que l'air comprimé est utilisé pour étendre le piston vers l'extérieur. Les vérins à simple effet sont souvent utilisés pour des applications à sécurité intégrée qui exigent que le piston soit dans une certaine position en cas de perte d'air comprimé.

En raison de la force opposée du ressort, les vérins pneumatiques à simple effet ne fournissent pas une force de sortie constante tout au long de la course du piston. En outre, la course des vérins à simple effet est limitée en raison de l'espace nécessaire pour le ressort comprimé.

Cylindre pneumatique à double effet

Les vérins pneumatiques à double effet permettent un contrôle complet du mouvement du piston. La figure 4 montre comment le piston et la tige se déplacent lorsque de l'air comprimé pénètre dans les orifices de l'extrémité du capuchon et de l'extrémité de la tige.

• Position positive (A) : La tige est sortie du corps.
• Position négative (B) : La tige est rétractée dans le corps.

L'air comprimé pénètre dans l'orifice de l'extrémité du capuchon et pousse le piston vers l'avant, allongeant la tige du piston (figure 3 étiquetée A). L'air sort par l'orifice d'échappement de l'extrémité de la tige. Pour rétracter la tige du piston, de l'air comprimé pénètre dans l'orifice de l'extrémité de la tige, forçant l'air à sortir de l'orifice d'échappement de l'extrémité du capuchon et forçant le piston à se rétracter (figure 3 étiquetée B).

Les vérins pneumatiques à double effet permettent un contrôle complet, une longueur de course du piston plus importante et une force de sortie constante sur l'ensemble de la course. Comme ils utilisent de l'air comprimé dans les deux sens, ils consomment plus d'énergie. Ils peuvent également fonctionner à des cadences plus élevées. Cependant, un vérin à double effet n'est pas applicable aux systèmes qui exigent que le vérin soit dans une certaine position en cas de défaillance et de perte d'air comprimé.

Longueur, vitesse et durée de la course

La longueur de course, le temps de course complet et la vitesse d' un vérin pneumatique ont un impact significatif sur les performances et l'efficacité du vérin dans un système.

• Longueur de la course : La longueur de course d'un vérin pneumatique est la distance maximale sur laquelle un vérin pneumatique peut déplacer sa charge.
• Temps de travail complet : Le temps nécessaire pour que la tige du vérin passe de la pleine extension à la pleine rétractation ou vice versa.
• Vitesse : La vitesse de la tige du piston est déterminée en divisant la longueur de la course par la durée de la course.

Calcul de la force

Pour choisir un vérin pneumatique, il est important de comprendre d'abord quelle force est nécessaire pour déplacer la charge à la vitesse souhaitée. Le vérin choisi pour déplacer la charge doit avoir une force nominale légèrement supérieure à la force nécessaire pour déplacer la charge. Apprenez à effectuer ces calculs en lisant notre calculateur de force pour vérins pneumatiques.

Normes

La conception des vérins pneumatiques est généralement conforme aux normes ISO, ce qui leur permet d'être interchangeables avec les produits de différents fabricants. Par conséquent, les dimensions de montage, l'alésage du cylindre, la course, les caractéristiques de la tige de piston et les orifices d'air dépendent du type/de la norme et de l'utilisation.

Rond ISO 6432 (8-25 mm)

L'ISO 6432 est une norme métrique ISO applicable aux vérins pneumatiques à une tige avec des alésages de 8 mm à 25 mm et une pression de service maximale allant jusqu'à 10 bar (1000 kPa). Ils sont communément appelés mini-cylindres d'air ou cylindres ronds. Ce vérin pneumatique standard n'a pas de réglage manuel de l'amortissement. Les vérins ISO 6432 conviennent aux systèmes d'automatisation dans les domaines de l'instrumentation de diagnostic, de l'embouteillage, de l'automobile, des cuisines commerciales et des équipements de blanchisserie.

Note: Des cylindres ronds avec des alésages supérieurs à 25 mm sont disponibles. Cependant, en raison de leur taille, ils n'adhèrent pas totalement à la norme ISO 6432.

Profil ISO 15552 (32-320 mm)

L'ISO 15552 établit des normes pour les vérins pneumatiques à une ou deux tiges ayant une pression de service maximale de 10 bars (1000 kPa) et des tailles d'alésage de 32 mm à 320 mm. Cette norme s'applique aux vérins dont les fixations sont amovibles. La série de vérins pneumatiques ISO 15552 est dotée d'un amortissement réglable, ce qui permet d'obtenir un amortissement parfait. Par conséquent, les vérins ISO 15552 conviennent pour déplacer efficacement de grandes charges. Ils sont généralement utilisés dans les systèmes d'automatisation dans la construction de machines et d'installations et dans l'industrie alimentaire et des boissons. La norme ISO 15552 a remplacé les anciennes normes ISO 6431 et VDMA 24562.

Compact ISO 21287 (20-100 mm)

La norme ISO 21287 s'applique aux vérins pneumatiques compacts à une tige ayant une pression de service maximale de 10 bars (1000 kPa) et des alésages de 20 mm à 100 mm. Cette série de vérins pneumatiques n'est pas équipée d'un amortissement réglable. Toutefois, les deux extrémités sont munies de pare-chocs en caoutchouc pour amortir les chocs. Les séries de vérins pneumatiques ISO 21287 sont compactes et légères, ce qui les rend intéressantes pour les applications où l'espace est limité.

Vérins sans tige

Un vérin sans tige déplace la charge le long du piston au lieu de pousser ou de tirer la charge avec le piston. Ces vérins sont plus compacts pour une même longueur de course. La force est la même dans les deux sens et il n'y a pas de flambage de la tige du piston. Les vérins sans tige sont couramment utilisés pour la manutention, le chargement, le levage et la découpe de bandes. Pour plus d'informations, lisez notre article technique sur les vérins sans tige .

Amortissement

Le mouvement du piston dans un cylindre pneumatique peut être très rapide lorsque l'air comprimé pénètre dans le cylindre. Ce mouvement rapide peut créer un choc violent lorsque le piston heurte la tête ou l'embout. Ce choc impose des contraintes aux composants du cylindre d'air, produit un bruit et transmet les vibrations à la structure de la machine. Pour éviter cela, on utilise des amortisseurs au niveau des capuchons pour décélérer le piston. L'amortissement peut également empêcher le piston de rebondir en fin de course. La plupart des vérins pneumatiques sont équipés d'un amortisseur de fin de course de l'une des manières suivantes :

• Amortisseurs flexibles : Ces amortisseurs sont mieux adaptés aux vitesses de fonctionnement lentes, aux faibles charges et aux courses courtes. Leur matériau est souvent un élastomère qui se présente sous la forme d'un anneau.
• Coussin pneumatique réglable : Ce type d'amortissement est destiné aux cylindres pneumatiques de plus grande taille, avec des vitesses de piston plus élevées ou des forces plus importantes. Un certain volume d'air, piégé en fin de course du piston, absorbe le choc.
• Coussin pneumatique auto-ajustable : Ce type d'amorti utilise également de l'air emprisonné pour absorber les chocs, mais il peut s'adapter automatiquement à des forces variables. Il ne nécessite pas de réglage manuel. L'amortissement pneumatique auto-ajustable est le meilleur pour les applications avec des forces variables.

Accessoires pour vérins pneumatiques

Retour d'information sur la position du piston

Les capteurs pour vérins pneumatiques fournissent un retour d'information sur la position du piston à un système de contrôle dans les machines et équipements automatisés. En règle générale, le piston est équipé d'un aimant à l'intérieur du corps du cylindre. Ensuite, un capteur peut être monté sur le corps du cylindre pneumatique, comme le montre la figure 6, pour fournir la position du piston. Selon l'endroit où le capteur est monté, il peut détecter une extension, une rétraction ou des positions individuelles le long du corps du vérin. Plusieurs capteurs peuvent être montés sur le corps du vérin si un retour d'information sur des positions multiples est nécessaire.

Les capteurs Reed sont le type de capteur le plus courant car ils ont un long cycle de vie (plus de 10 millions) et ne sont généralement pas le premier point de défaillance pour les applications soumises à des chocs ou à des vibrations importants. Lisez notre article sur les capteurs de vérins pneumatiques pour en savoir plus sur leur fonctionnement.

Préhenseurs pneumatiques

Une pince pneumatique est un dispositif de prise et de dépose qui utilise de l'air comprimé pour actionner les mâchoires de la pince, également appelées doigts. Ils ont généralement deux ou trois doigts et sont dotés d'un cylindre pneumatique interne qui permet de les actionner et de les contrôler. Ils sont principalement utilisés dans les processus de fabrication automatisés pour saisir une pièce à usiner. Lisez notre article sur les pinces pneumatiques pour en savoir plus sur leur fonctionnement.

Accessoires de montage

Les accessoires de montage sont utilisés pour monter le vérin pneumatique ou pour coupler la tige de piston à une charge. Ils sont généralement conçus sur la base de la norme ISO du cylindre pneumatique. Le montage des accessoires a une incidence sur les performances, la fiabilité et la conception générale du système. Les brides, les montages alimentaires, les pivots, les équerres et les œillets sphériques ne sont que quelques-uns des différents accessoires de montage. Lisez nos articles sur les accessoires de montage et d'extrémité de tige.

Symboles

L'ISO a développé des symboles bien définis pour les cylindres pneumatiques afin de distinguer leur fonction dans les schémas. Ces symboles sont indépendants des normes ISO des vérins pneumatiques, de leur diamètre ou de leur course.

Cylindre à double effet
Cylindre à double effet avec piston magnétique
Cylindre à double effet avec amortissement réglable
Cylindre à double effet avec amortissement réglable et piston magnétique
Cylindre à double effet avec tige de piston traversante, amortissement réglable et piston magnétique
Cylindre à simple effet (moins)
Cylindre à simple effet (plus)

Critères de sélection

Le choix d'un vérin pneumatique dépend des facteurs suivants. Lisez notre article sur la sélection d'un vérin pneum atique pour en savoir plus sur chaque critère de sélection d'un vérin pneumatique:

• Force
• Longueur de la course
• Style de montage
• Retour d'information sur la position
• Amortissement
• Diamètre de cylindre
• Pression d’opération
• Dimension de raccordement
• Normes ISO

Entretien des cylindres pneumatiques

Les vérins pneumatiques sont fiables mais peuvent s'user et s'endommager avec le temps. Cela conduit à des performances moindres et, au pire, à l'échec. Un bon entretien comprend l'inspection et la réparation, ce qui permet d'éviter les problèmes avec le cylindre et de prolonger sa durée de vie.

FAQ

Quelle est la fonction d'un vérin pneumatique ?

Un cylindre pneumatique est un dispositif mécanique qui convertit l'énergie de l'air comprimé en un mouvement linéaire alternatif.

Les vérins pneumatiques peuvent-ils s'arrêter en cours de course ?

Les cylindres à double effet sont capables de s'arrêter à mi-course. Pour les applications de haute précision, il convient d'utiliser des cylindres de verrouillage spéciaux et un système de retour de position.

Comment fonctionnent les vérins pneumatiques ?

Un vérin pneumatique à double effet utilise l'air comprimé pour faire entrer et sortir un piston, tandis qu'un vérin pneumatique à simple effet utilise l'air comprimé pour un mouvement dans un sens et un ressort de rappel pour l'autre.

Que signifie la course pour les vérins pneumatiques ?

La course est la distance totale que la tige du piston est capable de parcourir dans une direction.