Calculer l'effort d'un vérin

C'est une question assez récurrente que nous avons : quel effort développe le vérin à 6 bars ?
Revenons un peu en arrière avant d'arriver à cette question existentielle. Vous allez intégrer un vérin pneumatique dans votre conception mécanique pour tirer une charge, brider une pièce, ouvrir une porte etc.

Nous ne sommes pas là pour concevoir votre machine mais pour vous aider à choisir les bons produits pour votre application car rien ne sert de surdimensionner le matériel : ce sera plus cher, plus lourd, plus encombrant.

Prenons un exemple simple : vous avez de lever une charge de 150kg en directe avec un vérin pneumatique.

La FORCE développée par le vérin va dépendre de 2 facteurs: la PRESSION du réseau d'air au niveau du vérin et son DIAMETRE. Ces 3 données sont reliées entre elles par l'équation :

P = F / S

Les diamètres des vérins pneumatiques sont standardisés.

Et c'est le diamètre intérieur qui est fonctionnel pour calculer l'effort généré par le vérin

Etape 1 : la pression de fonctionnement du vérin

Les manomètres.

Gradués en bars et psi (pound square inch), ils indiquent la pression dans le réseau d'air comprimé.

Une pression classique est de l'ordre de 6 bars

La pression de fonctionnement maxi admissible par les vérins pneumatiques est de 10 bars. Quant à la pression minimale pour « actionner » le vérin, elle varie suivant les constructions internes (le type et le profil de joints utilisés) entre 0.5 à 1.5 bars. Cette pression minimal assure de décoller le piston du tube.

En règle générale, la pression de service est de l’ordre de 6 bars.

Rares sont les installations avec un réseau d’air comprimé délivrant plus de 8 bars : c’est un surcoût énergétique conséquent et une source d’usure prématurée du compresseur. Et même si ce compresseur est prévu pour délivrer plus de 10 bars, la pression sera forcément inférieure étant donnée les fuites et la longueur du réseau d’air vers le point d'utilisation

En conclusion : dimensionner le vérin pour qu’il fonctionne entre 5 et 6 bars, pas plus.

Etape 2 : Ø tige et piston

Les surfaces sont différentes :

en sortie de tige
en rentrée de tige

On pourra ainsi calculer S1 (section totale du piston) et S2 (section de la tige)

S1 =π.D²/4 où D = Ø du vérin

S2 = π.d²/4 où d = Ø de la tige

Cas sortie de tige P = F / S1

S1 = F/P

Le montage du vérin pneumatique sera également prépondérant : il faudra le monter "tête en haut" ou "tête en bas" pour utiliser l'effort "sortie de tige" et donc éviter de surdimensionner le vérin.

Etape 3 : calcul

Revenons à notre charge à lever de 150kg. Dans le cas favorable (sortie de tige), le Ø de piston du vérin sera déterminé avec :

- F = 150 x 9.81 = 147.2 daN

- P = 6 bars

pour les unités : F en daN, P en bars et S en cm²

(P = F / S1) ► S1 = P / S =π.D²/4 ►D en mm = √(4.F/π.P) =√(4 x 174.2/π x 6) = 5.59 cm (55.9 mm)

Le diamètre standard sera donc 63mm.

MAIS il est extrêmement conseillé d'appliquer un coefficient de sécurité de 0.7 sur la force à développer.

Donc Force = 147.2 / 0.7 = 210.3 daN

Avec le même calcul, le Ø du vérin pneumatique calculé est de : 6.7 cm (67mm)

Le diamètre du vérin pneumatique à choisir = Ø80

Pour rappel : la course ou le type de vérin (CNOMO, ISO) n'influence en rien la force générée par un vérin

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Vous pouvez télécharger un outil simple (feuille de calcul Excel sans macros, sans virus) pour éviter ces calculs un peu fastidieux.

Vous pourrez déterminer rapidement :

l'effort d'un vérin pneumatique en sortie ET rentrée de tige en fonction de son Ø et la pression
appliquer un coefficient de sécurité
déterminer un diamètre de vérin en fonction de la force à générer

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