W siłowniku pneumatycznym dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem tłok rozdziela cylinder na dwie komory, ale nie są one "równoważne" pod względem pola powierzchni czynnej. To klucz do porównania sił.
Siłę generowaną przez sprężone powietrze opisuje zależność F = p × A, gdzie p to ciśnienie robocze, a A to pole powierzchni, na które to ciśnienie działa.
- Wysuw tłoczyska: powietrze zasila stronę tłokową i działa na pełne pole tłoka AP. Dlatego siła wysuwu wynosi F1 = p × AP.
- Wsuw tłoczyska: powietrze zasila stronę tłoczyskową, gdzie część powierzchni "zabiera" przekrój tłoczyska. Efektywne pole jest pierścieniowe: AS = AP − A tłoczyska. Stąd F2 = p × AS.
Ponieważ AP > AS (tłoczysko zawsze ma dodatni przekrój), przy tym samym ciśnieniu p musi zachodzić F1 > F2.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?
- "F1 = F2" pomija fakt, że przy wsuwaniu pole czynne jest mniejsze przez obecność tłoczyska.
- "F1 < F2" odwraca zależność i byłoby możliwe tylko wtedy, gdyby pole po stronie tłoczyskowej było większe, co w tym typie siłownika nie występuje.
- "F1 <= F2" również jest niepoprawne, bo przy jednostronnym tłoczysku AS nie może być równe AP; zawsze jest mniejsze, więc nierówność nie może być "mniejsze lub równe".
W praktyce ta asymetria ma znaczenie przy doborze siłownika: powrót (wsuw) będzie słabszy. Jeśli potrzebne są zbliżone siły w obu kierunkach, stosuje się inne rozwiązania (np. siłownik z obustronnym tłoczyskiem) albo różnicuje ciśnienie zasilania.
