Vérins pneumatiques - Un guide technique

Cylindres pneumatiques

Cylindres pneumatiques

Figure 1 : Cylindre pneumatique

Un vérin pneumatique est un dispositif mécanique qui convertit l'énergie de l'air comprimé en un mouvement linéaire alternatif. Un vérin à double effet utilise l'air comprimé pour faire entrer et sortir un piston, tandis qu'un vérin à simple effet utilise l'air comprimé pour un mouvement dans un sens et un ressort de rappel pour l'autre. Ils disposent de nombreux accessoires, comme des capteurs pour détecter la position du piston et différents accessoires de montage pour monter le cylindre ou ajouter des composants à l'extrémité du piston. Un grand nombre d'industries nécessitant un mouvement linéaire utilisent des vérins pneumatiques car ils sont simples à utiliser et constituent une solution rentable. Ils sont également appelés "vérins pneumatiques".

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Table des matières

Vérin pneumatique iso 15552

La figure 2 montre les principaux composants d'un vérin pneumatique à double effet. Il s'agit de l'orifice du bouchon (A), du tirant (B), de l'orifice de la tige (C), du piston (D), du barillet (E) et de la tige du piston (F). Un vérin à simple effet n'aura qu'un orifice côté bouchon (A) ou côté tige (C) et utilisera un ressort mécanique pour le mouvement secondaire. Le corps du vérin pneumatique (E) est scellé aux deux extrémités par un capuchon de tête et un capuchon d'extrémité. L'air comprimé (ou le ressort) déplace le piston (D) et ensuite la tige de piston (F). La longueur de course d'un vérin pneumatique est la distance à laquelle la tige du piston peut s'étendre.

Pièces pour vérins pneumatiques à double effet

Figure 2 : Pièces pour vérins pneumatiques à double effet

Principe de fonctionnement du cylindre pneumatique

Cylindre pneumatique double effet

Les vérins pneumatiques à double effet sont les plus courants car ils permettent à l'utilisateur de contrôler totalement le mouvement du piston. La figure 3 montre comment le piston et la tige de piston se déplacent lorsque l'air comprimé entre dans l'orifice de l'extrémité du bouchon et dans celui de l'extrémité de la tige. Une position négative est celle où la tige du piston est rétractée, et une position positive celle où la tige du piston est sortie. Lorsque l'air comprimé pénètre dans l'orifice de l'extrémité du bouchon, il pousse le piston vers l'avant (positivement), ce qui allonge la tige du piston (illustré à la figure 3 A). L'air est expulsé de l'orifice de l'extrémité de la tige. Pour rétracter la tige du piston, de l'air comprimé entre dans l'orifice de l'extrémité de la tige, forçant l'air à sortir de l'orifice de l'extrémité du bouchon, et forçant le piston à se rétracter en position négative (illustré à la Figure 3 B).

Principe de fonctionnement du vérin à double effet

Figure 3 : Principe de fonctionnement du vérin à double effet avec l'air entrant (flèche bleue) et l'air sortant (flèche grise). L'image de gauche montre un mouvement positif (A). L'image de droite montre un mouvement négatif (B).

Les vérins pneumatiques à double effet permettent à l'utilisateur un contrôle total, une plus grande longueur de course du piston et une force de sortie constante sur toute la course. Ils peuvent également fonctionner à des taux de cyclage plus élevés. Cependant, un vérin à double effet ne doit pas être utilisé si l'application nécessite une position de base pendant les scénarios de sécurité intégrée en cas de perte d'air comprimé. Comme ils utilisent de l'air comprimé dans les deux sens, ils consomment également plus d'énergie

Vérin pneumatique à double effet utilisé dans une application de prise et de dépose

Figure 4 : Les vérins à double effet peuvent être utilisés de nombreuses façons. Ici, nous voyons une application de prise et de pose de ventouses qui utilise un vérin pneumatique pour déplacer la position de la ventouse.

Vérin pneumatique à simple effet

Un vérin pneumatique à simple effet n'utilise l'air comprimé que pour entraîner le piston dans une seule direction. Un ressort mécanique déplace le piston dans la direction opposée. La figure 4 montre les deux possibilités de conception. Le ressort étend (figure 4 A) ou rétracte (figure 4 B) le piston. Les vérins à simple effet sont souvent utilisés pour des applications à sécurité intégrée où il est nécessaire que le piston soit dans une certaine position en cas de perte d'air comprimé. Par conséquent, les vérins pneumatiques à simple effet ont une position de "base".

En raison du ressort mécanique, les vérins pneumatiques à simple effet ne fournissent pas une force de sortie constante sur toute la longueur de la course du piston en raison de la force opposée du ressort. De plus, la course des vérins à simple effet est limitée par l'espace du ressort comprimé. Par conséquent, la longueur de construction des vérins à simple effet est plus longue que la longueur de course réelle.

Principe de fonctionnement du vérin pneumatique à simple effet

Figure 5 : Principe de fonctionnement du vérin pneumatique à simple effet. L'air comprimé est utilisé pour déplacer le piston dans une direction, et un ressort fait sortir le piston (A) ou le fait rentrer (B).

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, dans un vérin standard, les dimensions de montage, l'alésage et la course du vérin, les caractéristiques de la tige de piston et les orifices d'air dépendent du type/standard. Cependant, il existe encore de nombreux vérins non standard pour des applications spéciales.

Ronde ISO 6432 (8-25 mm)

La norme ISO 6432 (également connue sous le nom de mini-cylindre ou de cylindre rond) est une norme ISO métrique applicable aux vérins pneumatiques à tige unique dont l'alésage est compris entre 8 mm et 25 mm et dont la pression de service maximale peut atteindre 10 bars (1000 k Pa). Ils sont communément appelés mini-cylindres à air ou cylindres ronds. Cette norme établit une série métrique de dimensions de montage requises pour l'interchangeabilité des vérins. Ce vérin pneumatique standard ne dispose pas de réglage manuel de l'amortissement. L'ISO 6432 est une ligne de cylindres compacte parfaite pour les systèmes d'automatisation dans les domaines de l'analyse, de l'instrumentation de diagnostic, de l'embouteillage, de l'automobile et des équipements commerciaux de cuisine et de blanchisserie. Consultez notre sélection en ligne de capteurs devérins pneumatiques ISO 6432!

Profil ISO 15552 (32-320 mm)

L'ISO 15552 (qui a remplacé l'ISO 10 et le VDMA 1000) établit les dimensions de montage métriques, les tailles d'alésage, les styles de montage, les caractéristiques de la tige de piston et les courses pour les vérins pneumatiques à tige unique ou à double tige avec une pression de service maximale jusqu'à 32 bar (320 k Pa) et des tailles d'alésage de 32 mm à 320 mm. Cette norme s'applique aux vérins à fixations amovibles. La norme VDMA 24562 est courante en Allemagne et concerne les vérins à profil et à tirant. Les vérins pneumatiques de la série ISO 15552 sont dotés d'un amortissement réglable, ou coussin, qui permet d'obtenir un amortissement parfait. Par conséquent, les vérins ISO 15552 sont adaptés au déplacement efficace de charges importantes. Il est généralement utilisé dans les systèmes d'automatisation générale dans les constructions de machines et d'installations, l'industrie alimentaire et des boissons, etc. La norme ISO 15552 a remplacé les anciennes normes ISO 6431 et VDMA 24562. Consultez notre sélection en ligne de capteurs de vérins pneumatiques ISO 15552!

Compact ISO 21287 (20-100 mm)

L'ISO 21287 s'applique aux vérins pneumatiques compacts à tige unique dont la pression de service maximale est de 10 bar (1000 k Pa) et dont l'alésage est compris entre 20 mm et 100 mm. Cette série de vérins pneumatiques n'est pas équipée d'un amortissement réglable. Cependant, il y a des pare-chocs en caoutchouc aux deux extrémités pour amortir le choc. Les vérins pneumatiques de la série ISO 21287 sont compacts et légers, ce qui les rend intéressants pour les applications où l'espace est limité. Consultez notre sélection en ligne de capteurs de vérins pneumatiques !

Cylindres pneumatiques

Figure 6 : Cylindres pneumatiques

Vérins sans tige

Un vérin sans tige est similaire aux vérins pneumatiques dans la mesure où ils utilisent de l'air comprimé pour déplacer une charge dans une trajectoire linéaire. Cependant, un vérin sans tige déplace la charge le long du piston plutôt que de pousser ou de tirer la charge. Par conséquent, il n'y a pas de flambage de la tige de piston, la force est la même dans les deux sens, et ils sont plus compacts pour la même longueur de course. Les vérins sans tige sont couramment utilisés pour la manutention, le chargement, le levage, la découpe de bandes, etc. Lisez notre article technique sur les vérins sans tige pour plus d'informations. Consultez notre sélection en ligne de vérins sans tige.

Amortissement

Le mouvement du piston dans un cylindre pneumatique peut être très rapide lorsque l'air comprimé entre dans le cylindre. Cela peut créer un choc violent lorsque le piston heurte la tête ou l'embout. Cela impose des contraintes aux composants du cylindre, produit un bruit et transmet des vibrations à la structure de la machine. Pour éviter cela, un amortissement au niveau des bouchons est utilisé pour décélérer le piston. L'amortissement peut également empêcher le piston de rebondir (rebondir) hors de la position finale. La plupart des vérins pneumatiques disposent d'un amortissement de fin de course de l'une des manières suivantes :

Amortisseurs flexibles

Dans les vérins plus petits où l'impact n'est pas si élevé, un matériau flexible est utilisé à l'extrémité/la tête du bouchon. Ce matériau est souvent constitué d'élastomères et se présente sous la forme d'un anneau. Ces pare-chocs sont soit intégrés comme partie intégrante du piston, soit au niveau de la tête et des embouts. Ce type d'amortissement est le plus adapté aux vitesses de fonctionnement lentes, aux faibles charges et aux courses courtes.

Amortissement pneumatique réglable

Dans les vérins plus grands, avec des vitesses de piston plus élevées ou des forces plus importantes, l'absorption des chocs peut être obtenue en piégeant un certain volume d'air dans la position finale. En fin de course, l'air est comprimé, ce qui génère un effet de freinage. Pour ce faire, des clapets anti-retour d'étranglement sont installés directement sur les orifices d'extrémité du vérin. Cela permet de laisser entrer librement l'air sous pression et de régler l'orifice d'échappement à l'aide d'une vis. Cette méthode d'amortissement est sans usure et offre des performances d'amortissement optimales. En fonction de la pression de service et de la force du vérin, les réglages des vis du vérin doivent être ajustés pour obtenir un amortissement idéal. Un amortissement trop important entraîne des coups lents et un amortissement insuffisant augmente le choc en fin de course.

Amortissement pneumatique auto-ajustable

Dans cette méthode de calage, l'air d'échappement s'échappe par des fentes longitudinales à l'intérieur du cylindre. La section de cet échappement dépend de la course. Cela permettra au rembourrage de s'adapter automatiquement aux différents niveaux d'énergie en changeant les charges et les vitesses. Par conséquent, ils permettent un amortissement optimal sans aucune intervention manuelle.

Accessoires

7) Retour d'information sur la position

Les capteurs pour vérins pneumatiques sont utilisés pour fournir 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 doté d'un aimant à l'intérieur du corps du cylindre. Ensuite, un capteur peut être monté sur le corps du vérin pneumatique, comme le montre la figure 6, pour fournir la position des pistons. Selon l'endroit où le capteur est monté, il peut détecter l'extension, la rétraction ou des positions individuelles le long du corps du cylindre. Si un retour de position multiple est nécessaire, plusieurs capteurs peuvent être montés sur le corps du vérin.

Les capteurs Reed sont le type de capteur le plus courant car ils ont une longue durée de vie (plus de 10 millions) et ne sont généralement pas le premier point de défaillance pour les applications à chocs ou vibrations élevés. Lisez notre article sur les capteurs de vérins pneumatiques pour en savoir plus sur leur fonctionnement. Consultez notre sélection en ligne de capteurs de vérins pneumatiques !

Cylindre pneumatique avec un capteur

Figure 7 : Vérin pneumatique ISO 15552 avec un capteur (C) monté via la vis de réglage (B) avec un tournevis (A)

Pinces pneumatiques

Un préhenseur pneumatique est un dispositif de saisie et de positionnement qui utilise de l'air comprimé pour actionner les mâchoires de préhension, également appelées doigts. Ils ont généralement deux ou trois doigts et sont équipés d'un cylindre pneumatique interne pour les actionner et les contrôler. Ils sont principalement utilisés dans les processus de fabrication automatisés pour saisir une pièce. Lisez notre article sur les pinces pneumatiques pour en savoir plus sur leur fonctionnement. Consultez notre sélection en ligne de produits pneumatiques !

Pinces pneumatiques

Figure 8 : Pinces pneumatiques

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 vérin pneumatique. Les accessoires de montage affectent les performances, la fiabilité et la conception générale du système. Les brides, les montages alimentaires, les pivots, les équerres, l'œil sphérique, etc., ne sont que quelques-uns des différents accessoires de montage. Lisez notre article sur les accessoires de montage des vérins pneumatiques pour en savoir plus sur les options de montage. Consultez notre sélection en ligne de vérins pneumatiques et d'accessoires !

Symboles

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

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

Critères de sélection

  1. Diamètre du cylindre : Le diamètre d'un cylindre est directement proportionnel à la quantité de force qu'il peut générer à partir d'une pression d'air d'entrée : Pour les vérins pneumatiques à simple effet, la force de ressort opposée doit également être prise en considération.

    F = (P x A) - f
    • $$F = $$ Force du cylindre (N)
    • P : Manomètre de pression d'air
    • A : Surface du piston (mm2)
    • $$F = $$ Traînée par friction (N)
  2. Longueur de la course : Assurez-vous que la tige du piston peut s'étendre ou se rétracter de la longueur requise. Il est également important de noter que des tiges de piston plus longues exercent une contrainte plus importante sur la tige et nécessitent un vérin pneumatique plus long.
  3. Style de montage
  4. Retour d'information sur la position :
  5. Amortissement
  6. Pression de fonctionnement
  7. Taille de la connexion

Questions fréquemment posées

Que fait un cylindre pneumatique ?

Un vérin 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 à mi-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 retour de position.

Comment fonctionnent les vérins pneumatiques ?

Un vérin pneumatique à double effet utilise de l'air comprimé pour faire entrer et sortir un piston, tandis qu'un vérin pneumatique à simple effet utilise de 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 sur laquelle la tige du piston est capable de se déplacer dans une direction.

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