การเลือกชนิดและขนาดของกระบอกสูบมีหลักการพิจารณา เช่น น้ำหนักของงาน หรือแรงที่กระบอกสูบจะต้องไปกระทำ รวมทั้งความยาวของช่วงของก้านสูบที่จะรับแรง
ในทางทฤษฎี แรงของกระบอกสูบคํานวณได้จากความดันลมอัด ขนาดพื้นที่หน้าตัด กระบอกสูบ และแรงเสียดทานของกระบอกสูบ ดังสมการต่อไปนี้
Fth = A x P
เมื่อ Fth คือแรงที่คํานวณจากทฤษฎี (Theoretical Piston Force) มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)
A คือพื้นที่หน้าตัดของกระบอกสูบ มีหน่วยเป็นตารางเมตร (m^2)
P คือความดันลมอัด มีหน่วยเป็นบาร์ (bar)
ในทางปฏิบัติ แรงที่เกิดขึ้นจริงจะน้อยกว่าแรงที่คํานวณทางทฤษฎี เนื่องจากเกิดการ สูญเสียจากแรงเสียดทานที่ความดัน 4-8 บาร์ ซึ่งค่าแรงเสียดทานมีค่า 3-20 เปอร์เซ็นต์ ของแรงที่คํานวณได้ทางทฤษฎี และต้องนําค่านี้ไปใช้คํานวณด้วย ดังนี้
1. กระบอกสูบทํางานทางเดียว
แรงที่เกิดขึ้นจริงเท่ากับ
Fn = A x P – (FR + FF)
2. กระบอกสูบทํางาน 2 ทาง
แรงที่เกิดขึ้นจริงในจังหวะลูกสูบเคลื่อนที่ออกเท่ากับ
Fn = A x P – FR
แรงที่เกิดขึ้นจริงในจังหวะลูกสูบเคลื่อนที่กลับเท่ากับ
Fn = A’ x P – FR
หรือ
เมื่อ A' (พื้นที่หน้าตัดวงแหวน) = พื้นที่หน้าตัดของลูกสูบ - พื้นที่หน้าตัดของก้านสูบ
เมื่อ P คือความดันใช้งาน มีหน่วยเป็นบาร์หรือนิวตัน
Fth คือแรงที่คํานวณจากทฤษฎี (Theoretical Piston Force) มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)
FN คือแรงที่เกิดขึ้นจริง (Effective Piston Force) มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)
FR คือแรงเสียดทาน (Frictional Force) มีหน่วยเป็นนิวตัน (N) มีค่า 3 – 20 เปอร์เซ็นต์ของแรงที่คํานวณทางทฤษฎี
FF คือแรงต้านของสปริง (Force of Return Spring) มีหน่วยเป็นนิวตัน (N)
A คือพื้นที่หน้าตัดของลูกสูบ มีหน่วยเป็นตารางเมตร (m)
a คือพื้นที่หน้าตัดของก้านลูกสูบ มีหน่วยเป็นตารางเมตร (m)
A ’คือพื้นที่หน้าตัดวงแหวน มีหน่วยเป็นตารางเมตร (m)
D คือเส้นผ่านศูนย์กลางลูกสูบ มีหน่วยเป็นเมตร (m)
d คือเส้นผ่านศูนย์กลางก้านสูบ มีหน่วยเป็นเมตร (m)
จากตัวอย่างที่ 2.1 ในข้อ (2) คํานวณแรงที่เกิดขึ้นจริง (FN) ของกระบอกสูบมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 มิลลิเมตรที่ความดันใช้งาน 10 บาร์ ขณะลูกสูบเคลื่อนที่ออกเท่ากับ 7,065 นิวตัน
นอกจากนี้สามารถที่จะหาค่าแรงของกระบอกสูบได้จากตารางที่ 2.2
ตารางที่ 2.2 การหาค่าแรงของกระบอกสูบที่คิดค่าแรงต้านเนื่องจากความเสียดทาน 10% ของแรงทางทฤษฎี
ตัวอย่างที่ 2.2 กระบอกสูบมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 มิลลิเมตร และมีความดัน จะทําการอ่านค่าแรงของกระบอกสูบได้เท่าไร วิธีทํา จาก ตารางที่ 2.2 อ่านค่าแรงของกระบอกสูบได้ = 706 กิโลกรัมแรง(kgf)
เมื่อ 1 นิวตัน = 0.1 กิโลกรัมแรง
ดังนั้น 1 กิโลกรัมแรง = 10 นิวตัน (N)
อ่านได้ = 7,060 นิวตัน