Statistische Toleranzanalyse verstehen
Definition der statistischen Toleranzanalyse
Bei einer statistischen Toleranzanalyse wird die Variation eines Satzes von Eingaben verwendet, um die erwartete Variation einer Ausgabe von Interesse zu berechnen. Im Maschinenbau besteht ein Produktdesign aus mehreren Merkmalen, die jeweils mit Toleranzwerten versehen sind, die die variablen Aspekte dieser Merkmale steuern. Die statistische Toleranzanalyse wird verwendet, um zu verstehen, wie diese Toleranzen zu den verschiedenen Leistungsmerkmalen der Konstruktion beitragen.
1D-Toleranzstapel
Die einfachste Form der Toleranzanalyse ist der einseitige 1D-Toleranzstapel. Ein 1D-Toleranzstapel wird erstellt, indem man einen Querschnitt eines Modells erstellt und die Toleranzwerte für jedes Merkmal in einer geraden Linie addiert. Die Variation in jedem trägt zum Gesamtergebnis bei.
Worst-Case-Analyse vs. RSS (Root-Sum Squared) Statistische Analyse
In einer Worst-Case-Analyse hat jede Dimension einen Minimal- und Maximalwert, der den Bereich der Akzeptanz für diese Dimension darstellt. Worst-Case beantwortet die Frage: Wenn ich den maximalen Bereich für jeden Eingang nehme, was ist dann der maximale Bereich für die interessierende Messung oder das Stackup? Wir befassen uns also mit den Grenzen der Akzeptanz und nicht mit der Wahrscheinlichkeit.
Die statistische Analyse RSS (Root-Sum Squared) konzentriert sich nicht auf die Extremwerte, sondern auf die Verteilung der Variation für jede Dimension. Jede Dimension hat eine einzigartige Verteilung der Werte, die auf dem Fertigungsprozess basiert. Werkzeugverschleiß, Bedienerunterschiede, Material- und Umgebungsänderungen tragen alle zur Variation des Maßwertes bei. Jede Dimension hat ihre eigene Verteilungskurve.
Wenn Sie die Wahrscheinlichkeiten für jede Dimension (jede separate Kurve) kombinieren, erhalten Sie die Wahrscheinlichkeit für die Summe und somit die Verteilungskurve der Summe. Die statistische Analyse beantwortet die Frage: Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass mein Leistungsmerkmal innerhalb definierter akzeptabler Grenzen liegt, wenn man die Verteilung der Variation auf jeder Dimension betrachtet. Die Einschränkung der RSS ist, dass sie davon ausgeht, dass alle Eingaben normalverteilt sind und alle Leistungsmerkmale eine lineare Beziehung zur Dimension haben. Diese Annahmen berücksichtigen nicht die Breite der Bedingungen, die in typischen Szenarien in der Fertigung vorkommen.
Toleranzanalyse zweiter Ordnung
Da die Fertigungsmethoden für verschiedene Arten von Teilen variieren, ändern sich auch die Verteilungsmomente oder Parameter. RSS verwendet nur die Standardabweichung und berücksichtigt nicht die höheren Momente der Schiefe und Wölbung, die die Auswirkungen von Werkzeugverschleiß, Formalterung und anderen typischen Fertigungsszenarien besser charakterisieren. Die Toleranzanalyse zweiter Ordnung beinhaltet alle Verteilungsmomente:
Die Toleranzanalyse zweiter Ordnung wird auch benötigt, um zu bestimmen, wie die Ausgabe sein wird, wenn die Montagefunktion nicht linear ist. In typischen Maschinenbau-Szenarien führen kinematische Anpassungen und andere Montageverhaltensweisen zu nichtlinearen Montagefunktionen. Berechnungen zweiter Ordnung sind viel komplexer, so dass Handberechnungen nicht ratsam sind, aber die Berechnungsgenauigkeit ist stark verbessert und wird mit einem Toleranzanalyse-Softwarepaket realisierbar.
Zusammenfassung der statistischen Toleranzanalyse für die praktische Anwendung
Die Wahl der Toleranzanalysemethode basiert auf vielen Faktoren, aber sie kann zusammengefasst werden als „Welche Methode passt am besten zum Herstellungs- und Prüfprozess der Baugruppe“. Für einfache Passungsprobleme kann ein 1D-Stack-up ausreichend sein. RSS ist für die geringe Anzahl von Szenarien ausreichend, bei denen die Eingaben normal und die Baugruppenbeziehungen linear sind. Für alle anderen Szenarien ist eine Toleranzanalyse zweiter Ordnung erforderlich, um der realen Welt der Fertigung gerecht zu werden.
Wie ermöglicht die Software & von Sigmetrix Ingenieuren & Konstrukteuren die Berechnung präziser statistischer Toleranzanalysen?
Unsere Systeme sind so konzipiert, dass sie sich in die primären 3D-Cad-Umgebungen integrieren lassen, in denen Hersteller Teile und Baugruppen konstruieren. Sie ermöglichen es ihnen, geometrische Abmessungen &Toleranzberichte zu nutzen, um effiziente Toleranzanalysen und -abweichungen für realisierbare Produkte zu erstellen. Auf diese Weise wird eine frühzeitige Modellierungsmethode vor der Produktion und Montage geschaffen, um den ROI zu erhöhen und den Bedarf an einer weltweit anerkannten GD&T-Software zu decken. Für weitere Informationen über den Zusammenhang von Qualität und Rentabilität in der Fertigung klicken Sie hier, oder lesen Sie sich unsere White Papers und Fallstudien auf der gesamten Website durch.