공차 분석

Tolerance analysis

공차 분석은 기계 부품 및 조립품의 누적 변동 연구와 관련된 활동의 총칭이다.그것의 방법은 기계 및 전기 시스템과 같이 누적된 변동의 대상이 되는 다른 유형의 시스템에 사용될 수 있다.엔지니어는 기하학적 치수 및 허용오차(GD&T) 평가를 목적으로 허용오차를 분석한다.방법으로는 2D 공차 스택, 3D 몬테카를로 시뮬레이션 및 기준 변환이 있다.

허용오차 스택 또는 허용오차 스택은 지정된 치수 및 허용오차로 허용되는 누적 변동의 영향을 계산하는 기계 공학에서 문제 해결 과정을 설명하는 데 사용된다.일반적으로 이러한 치수와 공차는 엔지니어링 도면에 지정된다.산술 공차 스택은 두 형상 또는 부품 사이의 최대 및 최소 거리(정차 또는 간섭)를 계산하기 위해 치수와 공차의 최악의 경우 최대 또는 최소 값을 사용한다.통계적 허용오차 스택은 RSS(Root Sum Square) 또는 Monte-Carlo 방법과 같이 최대값과 최소값을 얻을 수 있는 가능성을 설정하기 위한 어떤 방법과 결합된 절대 산술 계산에 기초하여 최대값과 최소값을 평가한다.

모델링.

공차 분석을 수행할 때, 쌓기 변동을 예측하기 위한 두 가지 근본적으로 다른 분석 도구가 있다: 최악의 경우 분석과 통계적 분석.

최악의 경우

최악의 경우 공차 분석은 전통적인 유형의 공차 스택 계산이다.개별 변수는 가능한 한 크게 또는 작게 측정하기 위해 공차 한계에 배치된다.최악의 경우 모형은 개별 변수의 분포를 고려하는 것이 아니라 그러한 변수들이 각각의 지정된 한계를 초과하지 않는 것을 고려한다.이 모형은 측정값의 최대 예상 변동을 예측한다.최악의 경우 허용오차 요건을 설계하면 실제 부품 변동에 관계없이 부품의 100%가 조립되고 제대로 기능할 수 있다.주요 단점은 최악의 경우 모델에는 종종 매우 엄격한 개별 구성요소 허용오차가 필요하다는 것이다.분명한 결과는 값비싼 제조 및 검사 프로세스 및/또는 높은 고철률이다.고객은 종종 중요한 기계적 인터페이스와 예비 부품 교체 인터페이스에 대해 최악의 경우 허용오차를 적용해야 한다.최악의 경우 허용오차가 계약 요구사항이 아닌 경우, 적절히 적용된 통계적 허용오차는 부품 허용오차가 증가하고 제조원가가 낮아져 허용가능한 조립수율을 보장할 수 있다.

통계적 변동

통계적 변동 분석 모델은 품질의 저하 없이 성분 공차를 완화하기 위해 통계 원리를 이용한다.각 성분의 변동은 통계적 분포로 모델링되며, 이러한 분포는 조합 측정의 분포를 예측하기 위해 요약된다.따라서 통계적 변동 분석은 해당 변동의 극단값이 아니라 조합 변동을 설명하는 분포를 예측한다.이 분석 모델은 설계자가 100퍼센트만이 아니라 어떤 품질 수준에서도 설계할 수 있도록 함으로써 디자인 유연성을 향상시킨다.

통계 분석을 수행하는 데는 두 가지 주요 방법이 있다.하나의 경우, 기대 분포는 공차 한계 내에서 관련 기하급수적 승수에 따라 수정된 다음, 분포의 조합을 제공하기 위해 수학적 연산을 사용하여 결합된다.기하학적 승수는 공칭 치수에 작은 델타(delta)를 만들어 생성된다.이 방법에 대한 즉각적인 값은 출력이 부드럽지만 공차가 허용하는 기하학적 정렬의 오차를 설명하지 못한다는 것이다. 두 개의 평행 표면 사이에 크기 치수를 배치하면 공차가 이를 요구하지 않더라도 표면이 평행을 유지할 것으로 가정한다.CAD 엔진은 변동 민감도 분석을 수행하므로 응력 분석과 같은 보조 프로그램을 구동하는 데 사용할 수 있는 출력이 없다.

다른 한편에서는 조립된 결과 부품과의 허용 공차 내에서 예상되는 분포에 의해 제약된 기하학적 구조의 무작위 변경을 허용함으로써 변동을 시뮬레이션한 다음, 실제 제조 환경에서처럼 중요한 장소의 측정을 기록한다.수집된 데이터를 분석하여 알려진 분포와 이들 분포에서 도출된 평균 및 표준 편차를 사용하여 적합치를 찾는다.이 방법에 대한 즉각적인 가치는 출력이 허용 가능한 것을 나타낸다는 것이다. 비록 그것이 불완전한 기하학에서 나온 것일지라도 그리고 그것은 분석을 수행하기 위해 기록된 데이터를 사용하기 때문에, 실제 공장 검사 데이터를 분석에 포함시켜 제안된 변경사항이 실제 데이터에 미치는 영향을 볼 수 있다.또한 분석을 위한 엔진은 CAD 재생에 기초하지 않고 내부적으로 변동을 수행하고 있기 때문에 변이 엔진 출력을 다른 프로그램과 연계할 수 있다.예를 들어, 직사각형 막대는 폭과 두께가 다를 수 있다; 변화 엔진은 그 결과로 피크 응력을 역방향으로 전달하는 응력 프로그램으로 그러한 숫자를 출력할 수 있고, 가능한 응력 변동을 결정하기 위해 치수 변동을 사용할 수 있다.단점은 각 런이 고유하기 때문에 공장에서 나오는 것처럼 출력분포와 평균에 대한 분석에서 분석까지 차이가 있을 것이라는 점이다.

공차 분석과 스택업의 프로세스나 형식을 다루는 공식적인 엔지니어링 표준은 없지만, 이것들은 좋은 제품 설계의 필수적인 구성요소들이다.공차 스택은 예측 및 문제 해결 도구로서 기계적 설계 프로세스의 일부로 사용해야 한다.허용오차 스택을 수행하기 위해 사용되는 방법은 미국기계학회(ASME) Y14.5, ASME Y14.41 또는 관련 ISO 치수 및 허용오차 표준과 같이 엔지니어링 문서에 언급된 공학적 치수 및 허용오차 표준에 다소 의존한다.이러한 표준에 의해 생성된 허용오차, 개념 및 경계를 이해하는 것은 정확한 계산을 수행하기 위해 필수적이다.

허용오차 스택이 엔지니어를 지원하는 방법:

  • 조립체 내의 치수 관계를 연구할 수 있도록 돕는다.
  • 설계자에게 부품 공차를 계산할 수 있는 방법 제공.
  • 엔지니어들이 설계 제안서를 비교하는 데 도움을 준다.
  • 설계자가 완전한 도면을 제작할 수 있도록 돕는다.

공차 벡터 루프 개념

공차 루프의 시작점: 일반적으로 이것은 어셈블리의 다양한 부품을 느슨한 이동 범위의 한쪽으로 밀어낸 후 의도된 간격의 한 쪽이다.벡터 루프(Vector Loops)는 서로 상대적인 어셈블리의 부품을 찾는 어셈블리 구속조건을 정의한다.벡터는 어셈블리의 공차 스택에 기여하는 치수를 나타낸다.벡터는 꼬리에 꼬리를 물고 결합되어 사슬을 형성하며, 조립체의 각 부분을 연속해서 통과한다.벡터 루프는 부품을 통과할 때 특정 모델링 규칙을 준수해야 한다.다음 사항을 충족해야 한다.

  1. 이음매로 들어가다
  2. 기준점 경로를 따라 기준점 기준 프레임(DRF),
  3. 두 번째 기준점 경로를 따라 다른 접합부로 이동한다.
  4. 어셈블리의 다음 인접 부분으로 빠져나간다.

벡터 루프에 대한 추가 모델링 규칙:

  1. 루프는 조립체의 모든 부분과 모든 이음매를 통과해야 한다.
  2. 단일 벡터 루프는 동일한 부분 또는 동일한 조인트를 두 번 통과할 수 없지만 동일한 부분에서 시작하고 끝날 수 있다.
  3. 벡터 루프가 정확히 동일한 치수를 두 번 포함하는 경우, 반대 방향으로 치수는 중복되므로 생략해야 한다.
  4. 모든 운동학적 변수(공동 자유도)에 대해 해결할 수 있는 루프가 충분해야 한다.세 변수 각각에 대해 하나의 루프가 필요할 것이다.

위의 규칙은 1D, 2D 또는 3D 허용오차 스택업 방법의 사용 여부에 따라 달라진다.

공차 스택에 대한 우려

안전 요인은 종종 다음과 같은 우려 때문에 설계에 포함된다.

  • 부품 또는 어셈블리의 작동 온도 및 압력
  • 입다.
  • 조립 후 구성 요소의 편향
  • 부품이 약간 사양을 벗어났을 가능성 또는 가능성(그러나 검사를 통과함)
  • 스택의 민감도 또는 중요도(설계 조건이 충족되지 않을 경우 발생하는 현상)

참고 항목

참조

  • "Automation of Linear Tolerance Charts and Extension to Statistical Tolerance Analysis". Journal of Computing and Information Science in Engineering. 3 (1): 95–99. March 2003.
  • ASME 간행물 Y14.41-2003, 디지털 제품 정의 데이터 관행
  • Alex Krulikowski(1994) GD&T, ISBN 0-924520-05-1을 사용하는 공차 스택
  • 브라이언 R.Fischer(2011), 기계 공차 스택업 및 분석, ISBN 1439815720
  • Jason Tynes(2012), Make It Fit: ISBN 1482350254 기계 엔지니어를 위한 공차 분석 소개
  • Kenneth W. Chase(1999), Brigham Young University of Mechanical Engineering University of Brigham Young University, 2-D 및 3-D Assembly의 내성 분석
  • http://www.ttc-cogorno.com/Newsletters/140117ToleranceAnalysis.pdf

외부 링크