機構設計公差分析培訓教材

機構設計公差分析培訓教材第1頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內容第一部分：統(tǒng)計學應用于公差分析的背景3第二部分：一般公差分析的理論15第三部分：公差分析在諾基亞專案中的應用29第四部分：特殊情態(tài)

54第2頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月統(tǒng)計學應用于公差分析的背景這部分主要目的是介紹統(tǒng)計學應用于公差分析的背景，強調加工制造能力的重要性。第3頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月變異下偏差上偏差目標規(guī)格范圍加工制程的變異材料特性的不同設備或模具的錯誤工序錯誤/操作員的錯誤模具磨損標準錯誤組裝制程的變異工裝夾具錯誤組裝設備的精度兩種主要的變異類型第4頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月變異的控制解決方案制成的選擇制程的控制(SPC)產品的檢查技術的選擇優(yōu)化的設計公差分析變異的控制從加工制造從產品設計Aim高品質高良率低LowFFR第5頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月柱狀圖柱狀圖能提供制程的分布形狀，位置及區(qū)域的初步評估柱狀圖也是呈現(xiàn)變異幾何的方法Theremaybeoutliers0200400600人數160-164165-169170-174175-179180-184185-189190-194195-199200-204205-209某單位男人高度(假設)第6頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月變異的一般分布圖正態(tài)分布normalitydistribution雙峰分布（非正態(tài)分布）偏斜分布（非正態(tài)分布）

2826242220181610050045678910110102030405060第7頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月99.9937%-3-4-5-6+3+4+5+699.73%99.999943%99.9999998%正態(tài)分布的特點-2-1+2+1變形點標準差,(sor)數據的百分比，在給定的西格瑪()范圍95.46%68.26%平均值,(xorμ)第8頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月正態(tài)分布的參數平均值(x)分布的位置范圍(R)最大值與最小值之間的距離Sensitivetooutliers

標準差(s)反映樣本內各個變數與平均數差異大小的一個統(tǒng)計參數最常用的量測法，量化可變性

變量(s2)標準差的平方第9頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月總體參數m

=

總體平均值s

=

總體標準差總體參數與樣本統(tǒng)計總體現(xiàn)有的及將來會出現(xiàn)的所有單元或個體我們將永遠都不可能知道的真實總體比如，所有的Nokia9210生產總量。樣本從總體提取的單元或個體的子集用樣本統(tǒng)計，我們可以嘗試評估總體參數比如，Nokia9210在2001年41周生產的樣本msxs樣本統(tǒng)計x=樣本平均值s

=

樣本標準差第10頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Processvariation3s制程性能指標Ppk參數Ppk是制程性能指標sLT是長期標準差LSL是規(guī)格的下限USL是規(guī)格的上限mean是實際制程的平均值USL-meanLSLSamplemeanNominalvaluemean

-LSLUSLProcessvariation3sTolerancerange第11頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月一般公差分析的理論這部分主要是說明怎樣應用公差分析這個工具，去確保產品適合最終確定的產品功能和品質的要求的過程。第12頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月公差分析的優(yōu)點公差分析:驗證設計是否達到預期的品質水平.帶較少缺點的良率產品.預防生產重工和延誤.降低產品的返修率(降低成本).第13頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月怎么地方使用公差分析?單個零件或組件出現(xiàn)公差堆積。在公差堆積中，用公差分析可以確定總的變異結果。在機構設計中，它是一個很重要的挑戰(zhàn)。單個零件和組件的公差堆疊零件3零件2零件120.00±0.3015.00±0.2510.00±0.1545.00±?35.00±?13.00±0.2010.00±0.1512.00±0.10零件4第14頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月堆疊公差分析過程在堆疊公差時，有以下幾種方法:手工.用電子數據表，比如NokiaExcel模板.這在NOKIA是首選的方法!用公差分析軟件，比如VisVSA?.這份教材重點是講用NOKIA模板分析一個尺寸的堆疊。按組裝要求，分為六步來分析。3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第15頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月一些產品要求的例子:裝配要求換殼；無固定的配對組裝（多套模具或模穴）功能要求電子方面；PWB與彈片的可靠接觸結構方面；良好的滑動結構，翻蓋結構，或機構裝置品質要求外觀；外殼與按鍵之間的間隙其他;良好的運動或一些奇怪的雜音，零件松動第一步–

確定組裝要求3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第16頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月零件3零件2零件1零件420.00±0.30必要條件(Gap>0)15.00±0.2510.00±0.15IIIIII46.20+0.20-0.60B(d2)A(d1)C(d3)D(d4)+IV必要條件X(dGap)>0第二步–

封閉尺寸鏈圖3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第17頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月46.00±0.4046.20+0.20-0.6045.60+0.80-0.00從設計角度看，上圖所有尺寸標注方法，其功能是相同。按規(guī)則，設計者將使用雙邊公差鉆孔是個例外，通常是實際的大于名義尺寸第三步–

轉換名義尺寸零件43.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第18頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月名義值間隙是:dGap =名義值間隙。正值是空隙，負值是干涉n =堆疊中獨立尺寸的數量di =尺寸鏈中第i個尺寸的名義尺寸

dGap

=-10.00-15.00-20.00+46.00=1.00B(d2)A(d1)C(d3)D(d4)+必要條件X(dGap)>0第四步–

計算名義尺寸3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第19頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月怎樣計算間隙的變異?一般應用比較多的公差分析模式是：極值法(WorstCase)，簡稱WC驗證100%性能簡單并且最保守的手法用于零件數量少的情況用于產量不大的零件統(tǒng)計法(RootSumofSquares),簡稱RSS統(tǒng)計手法，假設名義值在大批量加工零件的尺寸中心值用于較多的零件或尺寸堆疊用于產量達的零件RSS方法是基于什么計算?請看后面的說明第五步–

公差分析方法的定義3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第20頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月1.確定組裝要求統(tǒng)計法(RSS)–統(tǒng)計手法正態(tài)分布可以求和所有的變量.讓我們用WC和RSS來計算這些變量，然后做個比較！假設每個尺寸的Ppk指標是1.33并且制程是在中心.第五步–

方法的定義,統(tǒng)計手法3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第21頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Ttot =最大的預期間隙變量(對稱公差).n =獨立尺寸的堆疊數量.Ti =第i個尺寸對稱公差.極值法(WC)間隙變量是個體公差的總和.Ttot=0.15+0.25+0.30+0.40=1.10最小間隙Xmin=dGap–Ttot=1.00–1.10=–0.10最大間隙Xmax=dGap+Ttot=1.00+1.10=2.10

增加0.10達到最小間隙的要求(dGap>0).第六步–

計算變異,WC3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第22頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月統(tǒng)計法(RSS)間隙變量是個體公差的平方和再方根.

最大間隙Xmin=dGap–Ttot=1.00–0.58=0.42最小間隙Xmax=dGap+Ttot=1.00+0.58=1.58最小間隙的要求(dGap>0)完全達到第六步–

計算變異,RSS3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸Ttot =最大的預期間隙變量(對稱公差).n =獨立尺寸的堆疊數量.Ti =第i個尺寸對稱公差.第23頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月第六步–

計算變異,WCorRSS?以上的計算結果WC:最小間隙

Xmin=–0.10mmRSS:最小間隙

Xmin=0.42mm

使用哪一個?3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差2.建立封閉尺寸鏈圖1.確定組裝要求6.按要求計算變異5.確定公差分析的方法4.按要求計算名義尺寸第24頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月當每個堆疊尺寸的公差為0.10時，通過WC和RSS方法計算組裝公差在WC和RSS方法之間百分比不同第25頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月方法WCRSS假設所有尺寸都在公差極限范圍內.所有尺寸都是正態(tài)分布.所有尺寸都是獨立統(tǒng)計.尺寸的分布是全部沒有偏差.所有公差體現(xiàn)的都是相同標準差數量(ors).尺寸都是對稱公差.風險用于零件數量大，WC法將會零件公差小，良率低.零件成本高的風險.如果部分或所有RSS假設是無效的，結果的可靠性會降低+/-+可以100%達到公差范圍內計算，假設所有尺寸都在公差極限內是不現(xiàn)實的。-在極限值狀態(tài)組裝的機率是非常低的。+RSS是基于名義尺寸居中心，用概率統(tǒng)計理論分析零件尺寸的趨勢。+比WC法，其成本較低。-太多的假設WC和RSS方法的假設,風險及+/-第26頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月So一些指導原則，什么時候當用WC和RSS方法在堆疊中，如果少于4個尺寸的如果對這個制造工藝了解不足夠的在堆疊中，如果有4個或多于4個尺寸的只要有可能就嘗試用它當對制造工藝非常了解（舊的類似零件）WCRSS第27頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Nokia專案的公差分析這部分主要介紹在Nokia專案設計應用的公差分析表格，它可以給參與專案設計的設計者一些基本能力。第28頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例1–LCD連接器的組裝PWBLCDSpringConnectorLCDUIFrameLightGuideLCDFoil第29頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月功能要求電子方面：PWB和LCDFoil通過彈片連接器連接可靠。彈片可壓縮最小極限(干涉量)是0.30mm.在這個例子中，最大的壓縮不是主要的考量因素。1.確定組裝要求X<-0.30mm例1–LCD連接器–

第1步第30頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月XD0.10±0.05C1.45±0.10B0.50±0.10E1.45±0.15A0.15±0.032.建立封閉尺寸鏈圖PWBSolderingTinlayerLCDSpringConnectorLCDUIFrameLightGuideLCDFoil例1–LCD連接器–

第2步Nogap在彈力作用下將沒有間隙在彈力作用下將沒有間隙+第31頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月X=-A-B+C-D-E=(-0.15-0.50+1.45-0.10-1.45)mm=-0.75mm3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差壓縮的名義尺寸值(用公差分析表格，這個尺寸會自動計算出來):4.按要求計算名義尺寸XC1.45±0.10B0.50±0.10E1.45±0.15A0.15±0.03+沒尺寸需要轉換。例1–LCD連接器–

第3&4步D0.10±0.05第32頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例1–LCD連接器–

第5步5.確定公差分析的方法制造工藝是了解的，以及所有RSS假設是由依據的。堆疊尺寸多于4個尺寸。使用RSS法!第33頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例1–LCD連接器–

第6步6.按要求計算變異用Nokia的公差分析表進行堆疊分析，表格布局如下，第34頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例1–LCD連接器–

第6步必需輸入數據資料1/3.6.按要求計算變異針對這些分析填好一般的信息.如果名義尺寸欄目是空白的，則必須輸入目標值.在這例子，這欄留空.填上上公差。下公差留空.插入相關的圖片。第35頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例1–LCD連接器–

第6步為每個尺寸天上零件名稱，及描述它的相關性.輸入名義尺寸值和尺寸鏈中的間隙，記得標上(+)和(-)符號!輸入每個尺寸的公差值.必需輸入數據資料2/3.6756.按要求計算變異第36頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例1–LCD連接器–

第6步輸入每個尺寸的Ppk–指標預估值.這個練習的默認值是Ppk=1.這份表格是基于公差值的4來分析，相當于Ppk=1.33.當采用Ppk=1(3)表格內公差成比例轉換到4公差(4/3*T).比例公差可以通過點“%ContributiontoTotal”欄，即可轉換為“Estimated4SigmaVariation”.8必需輸入數據資料3/3.96.按要求計算變異第37頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例1–LCD連接器–

第6步1011結果1/2.名義尺寸的總和是自動計算的。如果名義尺寸欄目是空白，那么目標值必須填寫。百分比數值告訴設計者每個尺寸公差占總變量的百分比。所有因素的總和是100%.6.按要求計算變異第38頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例1–LCD連接器–

第6步堆疊計算4變量(Ppk

=1,33).評估上偏差PPM等級是(接近)0.(PPM–PartsPerMillion).評估Ppk-指標是高的，相關的PPM等級也是低的.填寫主要的不確定因素，結論和建議.結果2/2.121314156.按要求計算變異第39頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例2–

電池組裝界面電路板電池連接器機殼電池第40頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例2–

電池界面–

第1步功能要求有關電的；在電路板與電池之間通過彈片連接器可靠連接.彈片被壓縮（干涉量）最小極限是0.25mm.最大的壓縮在這個例子可以不考慮.X<-0.25mm1.確定組裝要求第41頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例2–

電池界面–

第2步B53.00±0.10A1.15±0.10XI8.20±0.20G69.35±0.10電路板電池彈片連接器H0.00±0.15(焊接位置公差)E0.07D0.93±0.03C10.00±0.10B-Cover導向柱(機殼)F1.00±0.03在彈力作用下沒有間隙Float+2.建立封閉尺寸鏈圖第42頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月X=A-B-C+D+E-F+G-H-I=(1.15-53.00-10.00+0.93+0.07-1.00+69.35-8.20)mm=-0.70mm沒有尺寸需要轉換.例2–

電池界面–

第3&4步+B53.00±0.10A1.15±0.10XI8.20±0.20E0.07D0.93±0.03C10.00±0.10G69.35±0.10F1.00±0.03H0.00±0.15壓縮名義值(如果采用Nokia公差表格，名義值會自動計算):3.轉換名義尺寸，將公差轉成對稱公差4.按要求計算名義尺寸第43頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Example2–HDa16,Batteryinterface–Step55.確定公差分析的方法制造工藝是了解的，以及所有RSS假設是由依據的。堆疊尺寸多于4個尺寸。使用RSS法!第44頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Example2–HDa16,Batteryinterface–Step6必需輸入數據資料1/3.6.按要求計算變異針對這些分析填好一般的信息.如果名義尺寸欄目是空白的，則必須輸入目標值.在這例子，這欄留空.填上上公差。下公差留空.插入相關的圖片。第45頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Example2–HDa16,Batteryinterface–Step6675必需輸入數據資料2/3.6.按要求計算變異為每個尺寸天上零件名稱，及描述它的相關性.輸入名義尺寸值和尺寸鏈中的間隙，記得標上(+)和(-)符號!輸入每個尺寸的公差值.第46頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月必需輸入數據資料3/3.Example2–HDa16,Batteryinterface–Step6896.按要求計算變異輸入每個尺寸的Ppk–指標預估值.這個練習的默認值是Ppk=1.這份表格是基于公差值的4來分析，相當于Ppk=1.33.當采用Ppk=1(3)表格內公差成比例轉換到4公差(4/3*T).比例公差可以通過點“%ContributiontoTotal”欄，即可轉換為“Estimated4SigmaVariation”.第47頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Example2–HDa16,Batteryinterface–Step610116.按要求計算變異結果1/2.名義尺寸的總和是自動計算的。如果名義尺寸欄目是空白，那么目標值必須填寫。百分比數值告訴設計者每個尺寸公差占總變量的百分比。所有因素的總和是100%.第48頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Example2–HDa16,Batteryinterface–Step6堆疊計算4變量(Ppk

=1,33).評估上偏差PPM等級是208.評估出的Ppk指標是低的，相關的PPM等級是高的.填寫主要的不確定因素，結論和建議.結果2/2.121314156.按要求計算變異第49頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月例2–

電池界面–

第6步=>彈片長度由8.20mm改到8.40mm.=>名義壓縮量由–0.70mm加大到–0.90mm.輸入數據進行第二次分析.6.按要求計算變異第50頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月Example2–HDa16,Batteryinterface–Step6上偏差的PPM等級是(或接近)0.Ppki指標變高，相關的PPM等級變低.重新填寫主要的不確定因素，結論和建議.第二次分析結果.1236.按要求計算變異第51頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月CM1PD0PD0.5PD1PD2PD4PD3PD流程中的公差分析定義重要尺寸參數檢討及清單排序(專家)設計者做他們各自的第一優(yōu)先配合界面的公差分析所有公差分析清單分類（注上責任人和狀態(tài))公差分析培訓

初步分析清單公差分析檢討(專家)公差分析批準(專家)第一優(yōu)先檢討電子機構件界面的公差分析早期概念設計公差分析公差分析計劃

應用例子,練習第一優(yōu)先批準電子機構件界面的公差分析檢討次要部分的公差分析輸入到圖紙動作交付里程碑的交付說明:糾正動作，設計和制程優(yōu)化設計者做他們各自的其次配合界面的公差分析批準次要部分的公差分析專家命名,重要日期,等等…分析來自供應商的量測數據，為將來的專案收集資料，變成公差分析的指導手冊。CM1PD0PD0.5PD1PD2PD4PD3GD&TTraining第52頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月特殊情態(tài)這部分講解在公差分析尺寸鏈中的一些特殊情態(tài)因素。第53頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月公差分析的困難分級難度增加在一個空間方向堆疊剛性零件在兩個或三個空間方向或者機械裝置堆疊剛性零件帶有不同分布形態(tài)的剛性零件柔軟有彈性的零件，塑膠，橡膠，金屬片等零件隨環(huán)境而變化的零件第54頁，課件共63頁，創(chuàng)作于2023年2月雙向和三向分析WC和RSS方法一般用于解決輸入數據不多的單一方向的公差堆疊分析.也有更高級的方法去解決更復雜的雙向和三向堆疊分析.這些商務CAT(ComputerAidedTolerancing)工具一般是在基礎MonteCarlo進行仿真分析(比如VisVSA?).使用CAT工具的一些優(yōu)點：特別在長的堆疊分析，比WC或RSS方法更精確，能力更強.很容易分析整個產品，不僅僅是單一的橫截面.幾何形式，位置和方向公差，也可以分析空隙和運動調節(jié).對于獨立的公差，可用于不同的統(tǒng)計分布形態(tài).