Toleransanalys

Toleransanalys är den allmänna termen för aktiviteter relaterade till studiet av ackumulerad variation i mekaniska delar och sammansättningar. Dess metoder kan användas på andra typer av system som är föremål för ackumulerade variationer, såsom mekaniska och elektriska system. Ingenjörer analyserar toleranser i syfte att utvärdera geometrisk dimensionering och tolerans ( GD&T). Metoder inkluderar 2D-toleransstackar, 3D Monte Carlo-simuleringar och datumkonverteringar.

Toleransstaplar eller toleransstaplar används för att beskriva problemlösningsprocessen inom maskinteknik för att beräkna effekterna av den ackumulerade variationen som tillåts av specificerade dimensioner och toleranser . Vanligtvis anges dessa dimensioner och toleranser på en teknisk ritning. Aritmetiska toleransstaplar använder de värsta max- eller minimivärdena för dimensioner och toleranser för att beräkna det maximala och minsta avståndet (avstånd eller interferens) mellan två funktioner eller delar. Statistiska toleransstaplar utvärderar maximi- och minimivärdena baserat på den absoluta aritmetiska beräkningen i kombination med någon metod för att fastställa sannolikheten för att erhålla maximi- och minimivärden, såsom Root Sum Square (RSS) eller Monte-Carlo-metoder.

Modellering

Vid utförande av en toleransanalys finns det två fundamentalt olika analysverktyg för att förutsäga stackup-variationer: worst-case-analys och statistisk analys.

Värsta fall

Worst-case toleransanalys är den traditionella typen av toleransstackup-beräkning. De enskilda variablerna placeras vid sina toleransgränser för att göra mätningen så stor eller så liten som möjligt. Worst-case-modellen tar inte hänsyn till fördelningen av de enskilda variablerna, utan snarare att dessa variabler inte överskrider sina respektive specificerade gränser. Denna modell förutsäger den maximala förväntade variationen av mätningen. Utformning enligt värsta tänkbara toleranskrav garanterar att 100 procent av delarna kommer att monteras och fungera korrekt, oavsett den faktiska komponentvariationen. Den stora nackdelen är att den värsta modellen ofta kräver mycket snäva individuella komponenttoleranser. Det uppenbara resultatet är dyra tillverknings- och inspektionsprocesser och/eller höga skrothastigheter. Värsta tänkbara toleranser krävs ofta av kunden för kritiska mekaniska gränssnitt och gränssnitt för utbyte av reservdelar. När värsta tänkbara toleranser inte är ett kontraktskrav, kan korrekt tillämpad statistisk tolerans säkerställa acceptabelt monteringsutbyte med ökade komponenttoleranser och lägre tillverkningskostnader.

Statistisk variation

Den statistiska variationsanalysmodellen drar fördel av statistikens principer för att lätta på komponenttoleranserna utan att ge avkall på kvaliteten. Varje komponents variation modelleras som en statistisk fördelning och dessa fördelningar summeras för att förutsäga fördelningen av sammansättningsmätningen. Således förutsäger statistisk variationsanalys en fördelning som beskriver sammansättningsvariationen, inte extremvärdena för den variationen. Denna analysmodell ger ökad designflexibilitet genom att tillåta designern att designa till vilken kvalitetsnivå som helst, inte bara till 100 procent.

Det finns två huvudsakliga metoder för att utföra den statistiska analysen. I ett modifieras de förväntade fördelningarna i enlighet med relevanta geometriska multiplikatorer inom toleransgränser och kombineras sedan med hjälp av matematiska operationer för att ge en sammansättning av fördelningarna. De geometriska multiplikatorerna genereras genom att göra små delta till de nominella dimensionerna. Det omedelbara värdet av denna metod är att utmatningen är jämn, men den tar inte hänsyn till geometrisk felinriktning som tillåts av toleranserna; om ett storleksmått placeras mellan två parallella ytor, antas ytorna förbli parallella, även om toleransen inte kräver detta. Eftersom CAD-motorn utför variationskänslighetsanalysen, finns det ingen utgång tillgänglig för att driva sekundära program såsom stressanalys.

I den andra simuleras variationerna genom att tillåta slumpmässiga förändringar av geometrin, begränsade av förväntade fördelningar inom tillåtna toleranser med de resulterande delarna monterade, och sedan registreras mätningar av kritiska platser som i en verklig tillverkningsmiljö. De insamlade data analyseras för att hitta en passform med en känd fördelning och medel- och standardavvikelser härledda från dem. Det omedelbara värdet av denna metod är att utdata representerar det som är acceptabelt, även när det kommer från ofullkomlig geometri, och eftersom den använder registrerade data för att utföra sin analys är det möjligt att inkludera faktiska fabriksinspektionsdata i analysen för att se effekten av föreslagna ändringar på verkliga data. Dessutom, eftersom motorn för analysen utför variationen internt, inte baserat på CAD-regenerering, är det möjligt att länka variationsmotorns utdata till ett annat program. Till exempel kan en rektangulär stång variera i bredd och tjocklek; variationsmotorn skulle kunna mata ut dessa siffror till ett spänningsprogram som skickar tillbaka toppspänningen som ett resultat och dimensionsvariationen kan användas för att bestämma sannolika spänningsvariationer. Nackdelen är att varje körning är unik, så det kommer att finnas variation från analys till analys för effektfördelning och medelvärde, precis som skulle komma från en fabrik.

Även om ingen officiell ingenjörsstandard täcker processen eller formatet för toleransanalys och stackups, är dessa viktiga komponenter för bra produktdesign . Toleransstaplar bör användas som en del av den mekaniska designprocessen, både som ett prediktivt och ett problemlösningsverktyg. Metoderna som används för att utföra en toleransstapling beror till viss del på de tekniska dimensionerings- och toleransstandarder som hänvisas till i den tekniska dokumentationen, såsom American Society of Mechanical Engineers (ASME) Y14.5, ASME Y14.41, eller relevant ISO-dimensionering och tolererande standarder. Att förstå toleranserna, koncepten och gränserna som skapas av dessa standarder är avgörande för att kunna utföra korrekta beräkningar.

Toleransstaplar betjänar ingenjörer av:

  • hjälpa dem att studera dimensionella relationer inom en sammansättning.
  • ge konstruktörer ett sätt att beräkna deltoleranser.
  • hjälpa ingenjörer att jämföra designförslag.
  • hjälpa designers att producera kompletta ritningar.

Begreppet tolerans vektor loop

Utgångspunkten för toleransslingan; vanligtvis är detta en sida av ett avsett gap, efter att de olika delarna i aggregatet har skjutits åt den ena eller andra sidan av deras lösa rörelseområde. Vektorslingor definierar sammansättningsbegränsningarna som placerar delarna av sammansättningen relativt varandra. Vektorerna representerar de dimensioner som bidrar till toleransstapling i sammansättningen. Vektorerna är sammanfogade topp-till-svans, bildar en kedja, som passerar genom varje del i aggregatet i följd. En vektorloop måste följa vissa modelleringsregler när den passerar genom en del. Det måste:

  1. gå in genom en led,
  2. följ referensvägen till datumreferensramen (DRF),
  3. följ en andra referensbana som leder till en annan led, och
  4. utgång till nästa intilliggande del i monteringen.

Ytterligare modelleringsregler för vektorslingor inkluderar:

  1. Slingor måste passera genom varje del och varje led i monteringen.
  2. En enskild vektorloop får inte passera genom samma del eller samma led två gånger, men den kan börja och sluta i samma del.
  3. Om en vektorloop innehåller exakt samma dimension två gånger, i motsatta riktningar, är dimensionen redundant och måste utelämnas.
  4. Det måste finnas tillräckligt med loopar för att lösa alla kinematiska variabler (gemensamma frihetsgrader). Du behöver en slinga för varje tre variabler.

Ovanstående regler kommer att variera beroende på om 1D-, 2D- eller 3D-toleransstapelmetoden används.

Bekymmer med toleransstaplar

En säkerhetsfaktor ingår ofta i design på grund av farhågor om:

  • Driftstemperatur och tryck för delarna eller monteringen.
  • Ha på sig.
  • Avböjning av komponenter efter montering.
  • Möjligheten eller sannolikheten att delarna är något utanför specifikationen (men godkänd inspektion).
  • Stackens känslighet eller betydelse (vad händer om designvillkoren inte uppfylls).

Se även

  • "Automatisering av linjära toleransdiagram och utökning av statistisk toleransanalys". Journal of Computing and Information Science in Engineering . 3 (1): 95–99. mars 2003.
  • ASME-publikation Y14.41-2003, Digital Product Definition Data Practices
  •   Alex Krulikowski (1994), Tolerance Stacks using GD&T , ISBN 0-924520-05-1
  •   Bryan R. Fischer (2011), Mechanical Tolerance Stackup and Analysis , ISBN 1439815720
  •   Jason Tynes (2012), Make It Fit: Introduction to Tolerance Analysis for Mechanical Engineers , ISBN 1482350254
  • Kenneth W. Chase (1999), Toleransanalys av 2-D och 3-D sammansättningar, Institutionen för maskinteknik Brigham Young University
  • http://www.ttc-cogorno.com/Newsletters/140117ToleranceAnalysis.pdf

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tolerance_analysis&oldid=983664270 "