Saisissez la force requise et la pression du système pour obtenir des suggestions initiales de diamètre d'alésage et de diamètre de tige. Les résultats sont arrondis à des valeurs standardisées pour une estimation rapide avant conception.

Choisissez l'unité que vous utiliserez pour la force d'entrée.
Sélectionnez la pression de service nominale de votre pompe hydraulique.
Coefficient multiplicateur pour la fiabilité (Force de conception / Charge réelle). Recommandé : 1,3 - 1,5.
La force de charge réelle nécessaire pour l'application dans [Tonne].
Force de traction/rétraction requise dans [TonneUtilisé pour le dimensionnement des cannes.

Résultats des calculs

Alésage recommandé (D) - Zone du piston : -
Canne recommandée (d) - Rapport φ ≈ 1,46
Capacité de force nominale - y compris le facteur de sécurité
Force de poussée théorique - À la pression sélectionnée
Conseil de pro : Saisissez la " Force de retour souhaitée " ci-dessus pour calculer le diamètre précis de la tige nécessaire pour les charges de traction.
Documentation relative au dimensionnement des vérins hydrauliques

Guide complet du dimensionnement des vérins hydrauliques

Le dimensionnement correct d'un vérin hydraulique est essentiel à la fiabilité de tout système hydraulique. Il garantit que la machine puisse supporter les charges requises sans contrainte excessive, surchauffe ni défaillance prématurée. Ce guide détaille les concepts fondamentaux de notre calculateur afin de vous aider à prendre des décisions d'ingénierie éclairées.

1. La physique fondamentale (loi de Pascal)

La puissance hydraulique repose sur la loi de Pascal, qui stipule que la pression appliquée à un fluide incompressible se transmet intégralement dans toutes les directions. Dans un cylindre, cette relation est définie par la formule : F = P × A.

Où:

  • F (Force) : La force que le cylindre doit exercer (mesurée en Newtons ou kN).
  • P (Pression) : La pression du système hydraulique (mesurée en MPa ou en bar).
  • A (Zone) : La surface effective sur laquelle s'exerce la pression (mm2).

Pour trouver le diamètre d'alésage requis, on inverse cette formule :

  • Premièrement, déterminez le Force de conception en multipliant votre charge réelle par un coefficient de sécurité.
  • Ensuite, calculez le nécessaire Zone du piston: A = Force de conception / Pression du système (A = F/P).
  • Enfin, convertissez cette zone en un Diamètre: D = √(4A / π).

2. Pourquoi les coefficients de sécurité sont importants

Un “ coefficient de sécurité ” est un multiplicateur utilisé pour tenir compte des incertitudes liées à la conception. En hydraulique, la force théorique n'est jamais égale à la force réelle en raison de plusieurs facteurs :

  • Friction du joint : Les joints hydrauliques (joints de piston et de tige) créent une friction contre les parois du cylindre, consommant généralement 5 à 10% de la force effective.
  • Contre-pression : Des restrictions dans les conduites de retour et les vannes peuvent créer une contre-pression, s'opposant au mouvement du piston.
  • Charges dynamiques : Accélérer une charge lourde nécessite une force nettement supérieure à celle requise pour la maintenir immobile.

Recommandation: Utilisez un facteur de 1.3 Pour les applications standard en douceur. Pour les applications à haute vitesse ou à fortes charges (comme le battage de pieux ou le concassage), utilisez 1,5 à 2,0.

Comprendre le diamètre des tiges et les risques de flambage

La tige est souvent la partie la plus vulnérable d'un vérin hydraulique. Alors que l'alésage est déterminé par la force de poussée, le diamètre de la tige est fréquemment déterminé par Résistance au flambage (Charge de colonne d'Euler) plutôt que la simple résistance à la traction, en particulier dans les cylindres à longue course.

Le rapport des aires (φ)

Le rapport entre la surface du piston et la surface annulaire (la zone en forme d'anneau côté tige) est appelé rapport des surfaces (φ). Les vérins industriels standard suivent généralement des rapports spécifiques :

  • φ ≈ 1,33 : Utilisé pour les vérins à tiges courtes, à vitesses de retour élevées et à faibles exigences en matière de force de retour.
  • φ ≈ 1,46 (Standard) : Une conception équilibrée où le diamètre de la bielle est approximativement égal à 0,6 fois le diamètre de l'alésage. C'est la valeur par défaut proposée par notre calculateur.
  • φ ≈ 2,0 : Comporte une tige épaisse (environ 0,7 × diamètre intérieur). Ceci assure une force de rappel élevée et une excellente résistance au flambage, mais des vitesses de rétraction plus lentes.

Course et styles de montage

Un vérin à longue course se comporte comme une longue colonne. Sous de fortes charges de poussée, il tend à se courber vers l'extérieur. Le mode de fixation influe considérablement sur cette stabilité.

Style de montage Facteur de stabilité Niveau de risque
Montage à bride (tête/chapeau) Haut Bas. Le corps du cylindre est fixé de manière rigide, ce qui lui confère une excellente stabilité.
Support de pivot / pivot Faible Haute résistance. Le cylindre peut pivoter, ce qui réduit sa résistance au flambage. Nécessite une tige plus épaisse.
Mont de chandelle Faible Haute. Similaire aux supports pivotants, sensible aux charges latérales et nécessitant un alignement précis.

Normes de pression du système et utilisation industrielle

Le choix de la pression adéquate du système implique un compromis entre compacité et coût. Des pressions plus élevées permettent d'utiliser des cylindres plus petits, mais nécessitent des pompes, des tuyaux et des joints plus onéreux.

Niveau de pression Application typique Caractéristiques
16 MPa (160 bar) Machines-outils, automatisation légère Pompes compactes et moins coûteuses, corps en aluminium possibles.
25 MPa (250 bar) Presses industrielles générales La norme ISO pour la plupart des vérins hydrauliques industriels.
31,5 MPa (315 bar) Métallurgie lourde, Marine Haute densité de puissance, construction robuste en acier.
40+ MPa (400+ bar) Hydraulique mobile, excavatrices Force extrêmement élevée dans un format compact, fonctionnement intermittent.

Foire aux questions (FAQ)

Quel liquide dois-je utiliser ?
Le calcul standard suppose une huile hydraulique minérale (par exemple, ISO VG 46). En cas d'utilisation d'huiles à base d'eau glycolée ou de fluides ignifuges, veuillez consulter les fabricants de joints, car ces derniers peuvent nécessiter des matériaux différents (comme le Viton) et présenter un pouvoir lubrifiant inférieur, ce qui affecte l'efficacité.
Quelle est la différence entre une force de “ poussée ” et une force de “ traction ” ?
Force de poussée (extension) agit sur toute la surface du piston et est toujours plus puissant. Force de traction/retour (rétraction) Elle agit uniquement sur la surface annulaire (surface du piston moins surface de la bielle). La bielle occupant un espace à l'intérieur du cylindre, la force de traction est généralement inférieure de 30% à 50% à la force de poussée à pression égale.
Cette calculatrice tient-elle compte de la vitesse ?
Non. Cette calculatrice se concentre sur la force statique et le dimensionnement géométrique. La vitesse dépend de la Débit (L/min) de votre pompe.
Formule : Vitesse = (Débit) / (Surface). Un diamètre plus petit permettra un déplacement plus rapide qu'un diamètre plus grand, à débit de pompe égal.
Comment puis-je vérifier l'épaisseur de la paroi ?
Une fois le diamètre d'alésage calculé, il faut déterminer l'épaisseur de paroi du cylindre pour résister à la contrainte circonférentielle. Ceci nécessite l'utilisation de la formule de Lamé ou des normes de chaudières (comme l'ASME). Consultez toujours les tableaux de tubes standard des fabricants pour connaître les épaisseurs de paroi admissibles.