Анализ толерантности

Анализ допусков — это общий термин для деятельности, связанной с изучением накопленных отклонений в механических деталях и узлах. Его методы могут быть использованы для других типов систем, подверженных накопленным изменениям, таких как механические и электрические системы. Инженеры анализируют допуски с целью оценки геометрических размеров и допусков (GD&T). Методы включают в себя 2D-суммирование допусков, 3D- моделирование Монте-Карло и преобразование исходных данных.

Стеки допусков или стеки допусков используются для описания процесса решения проблем в машиностроении, связанного с расчетом эффектов накопленных отклонений, допускаемых заданными размерами и допусками . Обычно эти размеры и допуски указаны на инженерном чертеже. Арифметические наборы допусков используют максимальные или минимальные значения размеров и допусков для наихудшего случая для расчета максимального и минимального расстояния (зазора или пересечения) между двумя элементами или деталями. Стеки статистических допусков оценивают максимальные и минимальные значения на основе абсолютных арифметических вычислений в сочетании с некоторыми методами определения вероятности получения максимальных и минимальных значений, такими как метод квадрата корневой суммы (RSS) или Монте-Карло.

Моделирование

При выполнении анализа толерантности существует два принципиально разных инструмента анализа для прогнозирования вариаций стека: анализ наихудшего случая и статистический анализ.

В худшем случае

Анализ допусков в наихудшем случае — это традиционный тип расчета набора допусков. Отдельные переменные размещаются в своих пределах допуска, чтобы сделать измерение как можно большим или меньшим. Модель наихудшего случая не учитывает распределение отдельных переменных, а скорее учитывает, что эти переменные не превышают соответствующие установленные пределы. Эта модель предсказывает максимальное ожидаемое изменение измерения. Проектирование с учетом требований к допускам наихудшего случая гарантирует, что 100 процентов деталей будут собраны и функционировать должным образом, независимо от фактических отклонений компонентов. Основным недостатком является то, что модель наихудшего случая часто требует очень жестких допусков на отдельные компоненты. Очевидным результатом являются дорогостоящие процессы производства и контроля и/или высокий уровень брака. Заказчик часто требует соблюдения наихудших допусков для критически важных механических интерфейсов и интерфейсов замены запасных частей. Когда допуски наихудшего случая не являются требованием контракта, правильное применение статистических допусков может обеспечить приемлемую производительность сборки с увеличенными допусками компонентов и меньшими затратами на изготовление.

Статистическая вариация

Модель статистического анализа вариаций использует принципы статистики для смягчения допусков компонентов без ущерба для качества. Изменение каждого компонента моделируется как статистическое распределение, и эти распределения суммируются для прогнозирования распределения размеров сборки. Таким образом, статистический анализ вариаций предсказывает распределение, которое описывает вариацию сборки, а не экстремальные значения этой вариации. Эта модель анализа обеспечивает повышенную гибкость проектирования, позволяя проектировщику проектировать с любым уровнем качества, а не только со 100-процентным.

Существует два основных метода проведения статистического анализа. В одном из них ожидаемые распределения модифицируются в соответствии с соответствующими геометрическими множителями в пределах допуска, а затем объединяются с использованием математических операций для получения совокупности распределений. Геометрические множители создаются путем приведения небольших отклонений к номинальным размерам. Непосредственное преимущество этого метода заключается в том, что результат получается гладким, но он не учитывает геометрическое смещение, допускаемое допусками; если размерный размер помещен между двумя параллельными поверхностями, предполагается, что поверхности останутся параллельными, даже если допуск этого не требует. Поскольку механизм САПР выполняет анализ чувствительности к изменениям, выходные данные для запуска вторичных программ, таких как анализ напряжений, отсутствуют.

В другом варианте вариации моделируются путем допуска случайных изменений геометрии, ограниченных ожидаемыми распределениями в пределах допустимых допусков, при сборке полученных деталей, а затем измерения критических мест записываются, как если бы они были в реальной производственной среде. Собранные данные анализируются, чтобы найти соответствие известному распределению и полученным на их основе средним и стандартным отклонениям. Непосредственная ценность этого метода заключается в том, что выходные данные представляют собой то, что приемлемо, даже если это связано с несовершенной геометрией, и, поскольку для выполнения анализа используются записанные данные, можно включить в анализ фактические данные заводских проверок, чтобы увидеть эффект. предлагаемых изменений на реальных данных. Кроме того, поскольку механизм анализа выполняет изменения внутри себя, а не на основе регенерации САПР, можно связать выходные данные механизма анализа с другой программой. Например, прямоугольный стержень может различаться по ширине и толщине; механизм вариаций может выводить эти числа в программу напряжений, которая в результате возвращает пиковое напряжение, а изменение размеров можно использовать для определения вероятных изменений напряжения. Недостаток заключается в том, что каждый прогон уникален, поэтому от анализа к анализу будут различия в распределении выходных данных и средних значениях, как если бы они были на заводе.

Хотя ни один официальный инженерный стандарт не охватывает процесс или формат анализа допусков и суммирования, они являются важными компонентами хорошего проектирования продукта . Наборы допусков следует использовать как часть процесса механического проектирования, как в качестве инструмента прогнозирования, так и в качестве инструмента решения проблем. Методы, используемые для составления набора допусков, в некоторой степени зависят от технических стандартов определения размеров и допусков, на которые ссылаются в технической документации, таких как Американское общество инженеров-механиков (ASME) Y14.5, ASME Y14.41 или соответствующие стандарты ISO по определению размеров и нормы толерантности. Понимание допусков, концепций и границ, установленных этими стандартами, жизненно важно для выполнения точных расчетов.

Стеки допусков помогают инженерам:

помогая им изучать размерные соотношения внутри сборки.
предоставление конструкторам средств расчета допусков деталей.
помогая инженерам сравнивать проектные предложения.
помогая дизайнерам создавать полные чертежи.

Концепция векторного цикла толерантности

Начальная точка цикла допуска; обычно это одна сторона предполагаемого зазора после смещения различных частей сборки в ту или иную сторону от их свободного диапазона движения. Векторные циклы определяют ограничения сборки, которые размещают части сборки относительно друг друга. Векторы представляют размеры, которые влияют на набор допусков в сборке. Векторы соединены кончиком к хвосту, образуя цепочку, последовательно проходящую через каждую часть сборки. Векторный контур должен подчиняться определенным правилам моделирования при прохождении через деталь. Оно должно:

войти через сустав,
следуйте по пути отсчета к опорной системе отсчета (DRF),
следуйте по второму базовому пути, ведущему к другому суставу, и
переход к следующей соседней детали в сборке.

Дополнительные правила моделирования для векторных контуров включают:

Петли должны проходить через каждую деталь и каждый стык сборки.
Один векторный контур не может дважды проходить через одну и ту же часть или одно и то же соединение, но может начинаться и заканчиваться в одной и той же части.
Если векторный цикл включает одно и то же измерение дважды в противоположных направлениях, это измерение является избыточным и должно быть опущено.
Должно быть достаточно циклов для решения всех кинематических переменных (суставных степеней свободы). Вам понадобится один цикл для каждых трех переменных.

Вышеуказанные правила будут различаться в зависимости от того, какой метод суммирования допусков используется: 1D, 2D или 3D.

Проблемы со стеками допусков

Коэффициент безопасности часто включается в проекты из-за опасений по поводу:

Рабочая температура и давление деталей или узла.
Носить.
Деформация деталей после сборки.
Возможность или вероятность того, что детали немного не соответствуют техническим характеристикам (но прошли проверку).
Чувствительность или важность стека (что произойдет, если проектные условия не будут выполнены).

См. также

Конус допуска

Ссылки

«Автоматизация линейных диаграмм допусков и расширение статистического анализа допусков». Журнал вычислительной техники и информатики в технике . 3 (1): 95–99. Март 2003 года.
Публикация ASME Y14.41-2003, Практика обработки данных для определения цифровых продуктов.
Алекс Круликовски (1994), Суммы допусков с использованием GD&T , ISBN 0-924520-05-1
Брайан Р. Фишер (2011), Составление и анализ механических допусков , ISBN 1439815720
Джейсон Тайнс (2012), Make It Fit: введение в анализ допусков для инженеров-механиков , ISBN 1482350254
Кеннет В. Чейз (1999), Анализ допусков двумерных и трехмерных сборок , факультет машиностроения Университета Бригама Янга
http://www.ttc-cogorno.com/Newsletters/140117ToleranceAnalysis.pdf

Внешние ссылки

http://www.engineersedge.com/tolerance_chart.htm Геометрические допуски, диаграммы пределов соответствия, калькуляторы анализа допусков
http://adcats.et.byu.edu/home.php
https://tolerancestackup.com/gdt/
https://www.sigmetrix.com/what-is-tolerance-analysis/