Poprawna odpowiedź, czyli średnica tłoka wynosząca 50 mm, jest zgodna z obliczeniami wymaganymi do uzyskania siły w przedziale większym od 500 N i mniejszym od 650 N przy ciśnieniu roboczym wynoszącym 4 bary. Obliczając siłę na podstawie wzoru F = P * A, gdzie F to siła, P to ciśnienie, a A to pole powierzchni tłoka, można stwierdzić, że średnica tłoka musi być odpowiednio dobrana do tych wartości. Przy ciśnieniu 4 bary (co odpowiada 400 kPa), pole powierzchni tłoka wynosi A = F / P. Aby uzyskać minimalną średnicę, należy najpierw przekształcić pole na średnicę: A = π * (d/2)². Po przekształceniach otrzymujemy, że średnica powinna być większa niż 39.88 mm i mniejsza niż 45.4 mm. Średnica 50 mm nie tylko spełnia te wymagania, ale także zapewnia dodatkowy margines bezpieczeństwa, co jest zgodne z dobrą praktyką projektowania siłowników pneumatycznych, gdzie zaleca się stosowanie średnic tłoków, które nie tylko spełniają minimalne wymogi, ale także biorą pod uwagę zmiany ciśnienia i potencjalne obciążenia dynamiczne. Przykładem zastosowania tego rodzaju obliczeń jest dobór siłowników w automatyce przemysłowej, gdzie precyzyjne parametry są kluczowe dla poprawnego działania systemu.
Wybór średnicy tłoka mniejszej niż 50 mm prowadzi do niedostatecznej siły, która nie spełnia wymagań określonych w pytaniu. Na przykład średnica 40 mm może wydawać się odpowiednia, jednak po obliczeniach okazuje się, że siła uzyskana z tej średnicy przy ciśnieniu 4 bary wynosi jedynie około 502 N, co jest blisko dolnej granicy, ale nie uwzględnia ewentualnych wahań ciśnienia czy obciążeń dynamicznych. Podobnie, średnice 32 mm i 50 mm również nie spełniają warunków, gdyż ich wyliczone siły nie osiągają wymaganego zakresu. Często błędna interpretacja polega na myśleniu, że wystarczy osiągnąć minimalną wartość siły. W praktyce wartości te powinny zyskiwać zapas, aby zapewnić prawidłowe działanie systemu w warunkach zmiennych. W przemyśle używa się standardowych tabel z danymi technicznymi, które zawierają zalecane średnice dla określonych sił i ciśnień. Niezrozumienie tych standardów i zasady obliczeń prowadzi do wyboru komponentów, które są niewystarczające do aplikacji. Kluczowym błędem jest także zapominanie o wpływie temperatury i innych czynników na zmiany ciśnienia i wytrzymałość materiałów, co w końcu przekłada się na bezpieczeństwo i efektywność operacyjną systemów pneumatycznych. Dlatego należy stosować się do odpowiednich norm branżowych oraz przeprowadzać dokładne obliczenia, aby uniknąć ewentualnych awarii lub niesprawności urządzeń.
