Une force née de la pression
Un vérin pneumatique transforme l’air comprimé en mouvement rectiligne. La force qu’il produit est simplement la pression de l’air multipliée par la surface sur laquelle il pousse. Comme le réseau d’air d’un atelier est limité à 6 à 8 bar en général, c’est l’alésage qui fixe la force : le choisir est la première étape de la conception d’un montage, d’une presse ou d’un actionneur pneumatique.
Les formules
- Force en sortie (poussée) : F = p × π × D² / 4, où D est l’alésage.
- Force en rentrée (traction) : F = p × π × (D² − d²) / 4, où d est le diamètre de la tige.
- Force réelle : on applique un rendement de 85 à 95 % pour les frottements des joints.
Repère pratique : 1 bar sur 1 cm² donne 10 N, soit 1 daN, environ 1 kg-force.
Exemple
Un vérin d’alésage 50 mm avec une tige de 20 mm fonctionne à 6 bar. La surface du piston vaut π × 50² / 4 = 1 963 mm², soit 19,6 cm² : la poussée théorique est de 118 daN, et environ 106 daN (1 060 N) avec 90 % de rendement. La tige occupe 3,1 cm², il reste 16,5 cm² en rentrée : environ 89 daN de traction.
Les marges de dimensionnement
- Charge en mouvement : le vérin doit aussi accélérer la charge et vaincre les frottements des guidages. On limite la charge à 50 à 70 % de la force théorique, moins encore pour des cadences élevées.
- Serrage et pressage : la force est entièrement disponible en fin de course ; 80 à 90 % suffisent en général.
- Pression réelle : la pression chute dans le réseau quand plusieurs distributeurs s’ouvrent ; dimensionnez pour la pression la plus basse réellement disponible.
La consommation d’air
À chaque cycle, un vérin double effet se remplit sur ses deux courses. Le volume par cycle vaut (surface du piston + surface annulaire) × course. Pour l’exprimer en air libre, à la pression atmosphérique, on multiplie par (pression relative + 1,013) ÷ 1,013 bar, sans oublier le volume des tuyaux pour les grandes longueurs. Dans l’exemple, une course de 100 mm à 10 cycles par minute consomme environ 25 litres d’air libre par minute, une donnée utile pour dimensionner le compresseur.
Tailles normalisées
Les alésages ISO courants sont 32, 40, 50, 63, 80 et 100 mm, avec des tiges de 12, 16, 20, 20, 25 et 25 mm. Choisissez la taille supérieure au résultat du calcul, et vérifiez le flambage de la tige pour les grandes courses.