محاسبه نیروی جک پنوماتیک (0 تا 100)

مقدمه

در این مقاله 0 تا 100 محاسبه نیروی جک پنوماتیک را یاد میگیرید. برای درک بهتر نحوه محاسبه قدرت جک پنوماتیک لازم هست که ابتدا با عوامل موثر در قدرت جک پنوماتیک و مفهوم فشار و قانون پاسکال آشنا شویم، چرا که جک های پنوماتیک با استفاده از نیروی هوای فشرده(فشار هوا) عمل میکنند.

در این مقاله پاسخ سوالات زیر را می یابید:

پس در ابتدای کار با دلایل و مفاهیم به دست آمدن فرمول های محاسبه قدرت جک آشنا میشویم و پس از یادگیری کامل نحوه محاسبه قدرت جک پنوماتیک، برای اهداف کاربردی تر از جدول نیروی جک پنوماتیک استاندارد در سایز های مختلف استفاده میکنیم.

محاسبه نیروی جک پنوماتیک

کاربرد قانون پاسکال در جک پنوماتیک:

 با توجه به قانون پاسکال، سیال متراکمی که در محفظه ای بسته باشد، در تمام جهات محصور خود به مقدار برابر نیرو وارد میکند. به زبان ساده تر مثلا اگر هوای فشرده در داخل یک محفظه ی مربعی شکل باشد، به هر سانتی متر مربع از دیواره اطراف خود(فارغ از ضلع پایینی بالایی یا چپ و راست) به یک اندازه نیرو وارد میکند.

تعریف اصل پاسکال: هر تغییری در فشار وارده بر سیال در محیط بسته بدون تغییر و کاهش به تمام نقاط سیال و دیواره‌های محفظه آن منتقل می‌شود.

از مقالات سایت ناسا

از این اصل پاسکال در جک های پنوماتیک و هیدرولیک استفاده شده است؛ به طوری که هوای فشرده در محفظه پشت پیستون جک پنوماتیک جمع شده و با نیرویی که به سطح مقطع پیستون متحرک وارد میکند، باعث حرکت پیستون و در نتیجه شفت جک پنوماتیک میشود.

مفهوم فشار و یکای آن پاسکال Pa در محاسبه قدرت جک پنوماتیک:

مفهوم فشار با نیرویی وارده به یک سطح تعریف میشود. در جک پنوماتیک، نیرویی که هوای فشرده به پیستون جک پنوماتیک وارد میکند قابل محاسبه هست؛ در نتیجه برای محاسبه نیروی جک پنوماتیک لازم است نیرویی که توسط هوای فشرده بر سطح مقطع جک پنوماتیک وارد میشود را محاسبه کنیم.

تعریف کمیت فشار: فشار(P) مقدار نیروی عمودی ای هست که بر واحد سطح وارد میشود. فشار یک کمیت نرده ای است و یکای آن در SI پاسکال(Pa) میباشد.

فرمول فشار: P=F/A

ویکی پدیا

واحد بین المللی (SI)فشار چیست؟(مفهوم پاسکال)

واحد یا یکای فشار در دستگاه بین المللی استاندارد شده(SI) پاسکال میباشد. اما پاسکال به چه معناست؟

با توجه به تعریف فشار، هر پاسکال به معنی وارد شدن یک نیوتون نیرو، بر یک متر مکعب سطح میباشد(N/m2). در نتیجه وقتی میگوییم فشار هوا در سطح دریا 1 اتمسفر(یک اتمسفر برابر با 101325 پاسکال) هست به این معنی است که در سطح دریا بر هر متر مربع از بدن ما تقریبا 100 کیلو نیوتون و بر هر سانتی متر مربع از بدن ما تقریبا 10 نیوتون نیرو وارد میشود.

*نکته: البته ما در صنعت پنوماتیک با فشار نسبی سر و کار داریم و گیج های فشار، در فشار هوای محیط صفر را نشان میدهند.

عوامل موثر در نیروی جک پنوماتیک:

  1. سایز جک پنوماتیک (سایز پیستون داخل جک پنوماتیک چقدر باشد)
  2. فشار هوای مورد استفاده در جک پنوماتیک (چند نیوتون بر هر متر مربع از پیستون جک نیرو وارد شود)
فرمول محاسبه نیروی جک پنوماتیک

فرمول محاسبه نیروی جک پنوماتیک:

پس تا به اینجای کار دریافتیم که ما برای محاسبه نیروی جک پنوماتیک باید نیرویی که هوای فشرده به هر سانتی متر مربع(یا m2) از پیستون وارد میکند را محاسبه کنیم. با توجه به فرمول فشار برای محاسبه قدرت جک پنوماتیک داریم:

F=PA :فرمول محاسبه نیروی جک پنوماتیک

  • F(force) نیروی جک پنوماتیک بر حسب نیوتون(N)
  • P(pressure) فشار هوای فشرده بر حسب پاسکال (Pa)
  • A(area)مساحت سطح مقطع پیستون بر حسب متر مربع (m2)

*نکته: در این فرمول دقت داشته باشید که همه کمیت ها را بر اساس یک استاندارد(مثلا استاندارد SI) جایگذاری کنید.

در این فرمول نیروی جک پنوماتیک F نیروی جک پنوماتیک، P فشار هوای فشرده مورد استفاده در جک پنوماتیک و A مساحت سطح مقطع پیستون جک پنوماتیک میباشد. برای محاسبه نیروی جک پنوماتیک بر حسب نیوتن، باید فشار هوا را بر حسب پاسکال و مساحت سطح مقطع پیستون را بر حسب متر مربع جایگذاری کنید.

اما الان که قدرت جک پنوماتیک را برحسب نیوتون بدست آوردیم، سوال مهم و کاربردی تر این است، نیرو جک پنوماتیک بر حسب نیوتن یعنی چقدر؟ یا جک پنوماتیک چند کیلوگرم وزنه را میتواند جا به جا کند؟

برای پاسخ به این سوال باید در نظر بگیریم که وزنه ما در چه جهتی قرار است جا به جا شود؛ آیا وزنه در جهت عمودی و رو به بالا جا به جا خواهد شد؟ آیا وزنه روی سطح شیبدار یا سطح بدون شیبِ با اصطکاک کشیده خواهد شد؟

در واقع برای این که محاسبه کنیم جک پنوماتیک چند کیلوگرم نیرو وارد میکند و آیا برای وزنه ما مناسب میباشد یا خیر، باید کار مورد نیاز وزنه برای یک جابجایی را محاسبه کنیم.

تعریف کار: در فیزیک، کار مقدار انرژی‌ای است که از طریق نیرو برای جابه‌جایی به یک شیء منتقل می‌شود.

مقالات آموزشی University of Iowa Pressbooks

اما محاسبات تئوریک این چنینی معمولا در صنعت و کارگاه های تجربی نیاز نیست. اگر تنها به این سوال پاسخ بدهیم که جک پنوماتیک چند کیلوگرم وزنه را در جهت عمودی جا به جا میکند و نیروی جک پنوماتیک را بر حسب کیلوگرم به دست آوریم که قابل لمس تر باشد برای ما کافی است.

محاسبه نیروی جک پنوماتیک بر حسب کیلوگرم

محاسبه قدرت جک پنوماتیک بر حسب کیلوگرم(kg):

وقتی که در صنعت پنوماتیک و ماشین سازی، نیروی جک پنوماتیک بر حسب کیلوگرم بیان میشود، در واقع نیرویی که جک پنوماتیک در جهت عمودیِ رو به بالا به یک وزنه وارد میکند محاسبه میشود. به عبارتی نیروی برداری و رو به بالایِ جک پنوماتیک در تقابل با نیروی برداری و رو به پایینِ وزن محاسبه میشود.

فرمول محاسبه نیروی جک پنوماتیک بر حسب کیلوگرم:

از این 2 فرمول زیر برای محاسبه قدرت جک بر حسب کیلوگرم استفاده میشود.

  1. فرمول محاسبه نیروی جک پنوماتیک: F=PA
  2. فرمول محاسبه نیروی وزن: F=W=mg

در فرمول شماره دوم، W نیروی برداریِ رو به بالایِ وزن بر حسب نیوتون(N)، m جرم وزنه بر حسب کیلوگرم(kg) و g شتاب گرانش زمین بر حسب متر بر مجذور ثانیه(m/s2) میباشد. (یکا ها بر حسب استاندارد SI)

با توجه به فرمول 1  ابتدا قدرت جک پنوماتیک بر حسب نیوتون را حساب میکنیم و سپس F را در فرمول 2 جایگذاری میکنیم. شتاب گرانش زمین هم که مقداری اندازه گیری شده میباشد و تقریبا مساوی 10 متر بر مجذور ثانیه در نظر میگیریم و به این ترتیب مقدار m یعنی جرم وزنه ای که جک پنوماتیک قادر به جا به جایی آن است به دست می آید.

برای درک بهتر به مثال زیر توجه کنید.

نیروی جک پنوماتیک SU50*300-S SANGO با فشار هوای فشرده 7 بار چقدر است؟

قطر پیستون جک فوق 50 میلی متر میباشد، ابتدا ما باید مساحت پیستون دایره ای جک پنوماتیک را محاسبه کنیم:

 فرمول مساحت دایره: A= πr2

A مساحت دایره پیستون بر حسب متر مربع

π  عدد پی که تقریبا مساوی 3.14 هست.

r  شعاع دایره بر حسب متر

A=3.14*(0.025)2=0.0019625m2

تا اینجا A را برای فرمول F=PA بدست آوردیم. با توجه به مساحت پیستون بدست آمده، جک پنوماتیک میتواند در رنج فشار های مختلف نیرو های مختلفی داشته باشد و ما اینجا میخواهیم نیروی جک پنوماتیک را در 7 بار یعنی 700000 پاسکال محاسبه کنیم تا نیرو بر حسب نیوتن بدست آید:

F=700000*0.0019625=1373.75N

حال در این مرحله برای اینکه نیروی جک پنوماتک را بر حسب کیلوگرم حساب کنیم، باید 1373.75 را در فرمول F=W=mg جایگذاری کنیم:

1373.75=m*10

m≃137kg

در نتیجه جک پنوماتیک سایز 50 ما میتواند وزنه ای به جرم 137 کیلوگرم را در جهت عمودی رو به بالا جا به جا کند یا به عبارتی 137 کیلوگرم در 7 با قدرت دارد.

البته که کلیه این محاسبات جهت محاسبه تقریبی نیرو جک پنوماتیک میباشد و از عواملی مثل وزن شفت و پیستون خود جک پنوماتیک صرف نظر میشود.

کاربردی تر

جدول نیروی جک پنوماتیک در سایز های مختلف:

برای کاربردی تر شدن مطالب جدول قدرت جک پنوماتیک که در آن نیروی انواع سایز های جک پنوماتیک از پیش محاسبه شده و نوشته شده است برای شما آماده کردیم. کل مقادیر نیرو در جدول زیر بر حسب نیوتن نوشته شده و برای هر سایز جک پنوماتیک دو نیرو در جهت کشش جک و در جهت فشار(هُل دادن جک) نوشته شده است.

برای مشاهده جدول روی آن کلیک کنید

جدول محاسبه نیروی جک پنوماتیک

حداکثر نیروی جک پنوماتیک:

با توجه به جدول بالا متوجه میشویم که حداکثر قدرت جک پنوماتیک در بزرگترین سایز آن(جک چهارگوش 250) و حداکثر فشار هوای فشرده قابل تحمل جک های پنوماتیک(9 بار) تقریبا 4240 کیلوگرم یا 4 تن هست. حداقل نیرویی جک پنوماتیک هم با توجه به کوچکترین سایز جک پنوماتیک(جک قلمی 8) و کمترین فشار لازم برای عمل جک پنوماتیک(1 بار) تقریبا 1.3 کیلوگرم است.

پس: قدرت جک پنوماتیک میتواند در بازه نیم کیلوگرم تا 4 تن متنوع باشد.

جمع بندی

برای محاسبه نیروی جک پنوماتیک کلا نیاز به سه فرمول F=PA و F=W=mg و A= πr2  و جایگذاری مقادیر با یکا های درست(همگی بر حسب استاندارد SI) داریم و به دلیل استاندارد بودن سایز های جک پنوماتیک نیازی به محاسبه توسط فرمول نداریم و تنها با استفاده از جدول نیروی جک پنوماتیک میتوانیم برآورد سایز مناسب جک پنوماتیک را انجام دهیم.

در کامنت به من بگو:

چرا نیروی جک پنوماتیک در حرکت رو به بیرون شفت و رو به داخل شفت با هم متفاوته؟

مهدی خدایی

مهدی یک دانشجوی کارشناسیه که به خاطر علاقه‎ش به صنعت، شروع به بررسی تخصصی و محتوی نویسی در مورد اتوماسیون کارخانجات کرده. چشم انداز مهدی اینه که روزی یک مرجع آنلاینِ کامل و دقیق در مورد صنعت برای هم میهنانمون داشته باشیم. تخصص مهدی در حوضه قطعات و تجهیزات پنوماتیکی هستش.

‫2 دیدگاه ها

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا