机构设计公差分析-SVV.ppt

Prepared by:,Johnny.qin,Date:2018-Mar-22,Version:V1.,0,机构设计公差分析培训教材,主要内容,第一部分：统计学应用于公差分析的背景,3,第二部分：,一般公差分析的理论,15,第三部分：,公差分析在诺基亚专案中的应用,29,第四部分：特殊情态,54,统计学应用于公差分析的背景,这部分主要目的是介绍统计学应用于公差分析的背景，强调加工制造能力的重要性。,变异,下偏差,上偏差,目标,规格范围,加工制程的变异,材料特性的不同,设备或模具的错误,工序错误,/,操作员的错误,模具磨损,标准错误,组装制程的变异,工装夹具错误,组装设备的精度,两种主要的变异类型,变异的控制,解决方案,制成的选择,制程的控制,(SPC),产品的检查,技术的选择,优化的设计,公差分析,变异的控制,从加工制造,从产品设计,Aim,高品质,高良率,低,Low FFR,柱状图,柱状图能提供制程的分布形状，位置及区域的初步评估,柱状图也是呈现变异几何的方法,There may be outliers,0,200,400,600,人数,160-164,165-169,170-174,175-179,180-184,185-189,190-194,195-199,200-204,205-209,某单位男人高度,(,假设,),变异的一般分布图,正态分布,normality distribution,双峰分布（非正态分布）,偏斜分布,（非正态分布）,28,26,24,22,20,18,16,100,50,0,4,5,6,7,8,9,10,11,0,10,20,30,40,50,60,99.9937%,-3,-4,-5,-6,+3,+4,+5,+6,99.73%,99.999943%,99.9999998%,正态分布的特点,-2,-1,+2,+1,变形点,标准差,(s or,),数据的百分比，在给定的西格玛,(,),范围,95.46%,68.26%,平均值,(x or,),正态分布的参数,平均值,(x),分布的位置,范围,(R),最大值与最小值之间的距离,Sensitive to outliers,标准差,(s),反映样本内各个变数与平均数差异大小的一个统计参数,最常用的量测法，量化可变性,变量,(s,2,),标准差的平方,总体参数,m,=,总体平均值,s,=,总体标准差,总体参数与样本统计,总体,现有的及将来会出现的所有单元或个体,我们将永远都不可能知道的真实总体,比如，所有的,Nokia 9210,生产总量。,样本,从总体提取的单元或个体的子集,用样本统计，我们可以尝试评估总体参数,比如，,Nokia 9210,在,2001,年,41,周生产的样本,m,s,x,s,样本统计,x,=,样本平均值,s,=,样本标准差,Process variation,3,s,制程性能指标,P,pk,参数,P,pk,是制程性能指标,s,LT,是长期标准差,LSL,是规格的下限,USL,是规格的上限,mean,是实际制程的平均值,USL,-,mean,LSL,Sample mean,Nominal value,mean,-LSL,USL,Process variation,3,s,Tolerance range,一般公差分析的理论,这部分主要是说明怎样应用公差分析这个工具，去确保产品适合最终确定的产品功能和品质的要求的过程。,公差分析的优点,公差分析,:,验证设计是否达到预期的品质水平,.,带较少缺点的良率产品,.,预防生产重工和延误,.,降低产品的返修率,(,降低成本,).,怎么地方使用公差分析,?,单个零件或组件出现公差堆积。,在公差堆积中，用公差分析可以确定总的变异结果。在机构设计中，它是一个很重要的挑战。,单个零件和组件的公差堆叠,零件,3,零件,2,零件,1,20.00 0.30,15.00 0.25,10.00 0.15,45.00?,35.00?,13.00 0.20,10.00 0.15,12.00 0.10,零件,4,堆叠公差分析过程,在堆叠公差时，有以下几种方法,:,手工,.,用电子数据表，比如,Nokia Excel,模板,.,这在,NOKIA,是首选的方法,!,用公差分析软件，比如,VisVSA,.,这份教材重点是讲用,NOKIA,模板分析一个尺寸的堆叠。按组装要求，分为六步来分析。,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,一些产品要求的例子,:,装配要求,换壳；无固定的配对组装（多套模具或模穴）,功能要求,电子方面；,PWB,与弹片的可靠接触,结构方面；良好的滑动结构，翻盖结构，或机构装置,品质要求,外观；外壳与按键之间的间隙,其他,;,良好的运动或一些奇怪的杂音，零件松动,第一步,确定组装要求,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,零件,3,零件,2,零件,1,零件,4,20.00 0.30,必要条件,(Gap 0),15.00 0.25,10.00 0.15,I,II,III,46.20,+0.20,-0.60,B,(d,2,),A,(d,1,),C,(d,3,),D,(d,4,),+,IV,必要条件,X,(d,Gap,),0,第二步,封闭尺寸链图,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,46.00 0.40,46.20,+0.20,-0.60,45.60,+0.80,-0.00,从设计角度看，上图所有尺寸标注方法，其功能是相同。,按规则，设计者将使用双边公差,钻孔是个例外，通常是实际的大于名义尺寸,第三步,转换名义尺寸,零件,4,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,名义值间隙是,:,d,Gap,=,名义值间隙。正值是空隙，负值是干涉,n,=,堆叠中独立尺寸的数量,d,i,=,尺寸链中第,i,个尺寸的名义尺寸,d,Gap,=-10.00-15.00-20.00+46.00=1.00,B,(d,2,),A,(d,1,),C,(d,3,),D,(d,4,),+,必要条件,X,(d,Gap,),0,第四步,计算名义尺寸,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,怎样计算间隙的变异,?,一般应用比较多的公差分析模式是：,极值法,(,Worst Case,),，简称,WC,验证,100%,性能,简单并且最保守的手法,用于零件数量少的情况,用于产量不大的零件,统计法,(,Root Sum of Squares,),简称,RSS,统计手法，假设名义值在大批量加工零件的尺寸中心值,用于较多的零件或尺寸堆叠,用于产量达的零件,RSS,方法是基于什么计算,?,请看后面的说明,第五步,公差分析方法的定义,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,1.,确定组装要求,统计法,(RSS),统计手法,正态分布可以求和所有的变量,.,第五步,方法的定义,统计手法,让我们用,WC,和,RSS,来计算这些变量，然后做个比较！,假设每个尺寸的,Ppk,指标是,1.33,并且制程是在中心,.,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,T,tot,=,最大的预期间隙变量,(,对称公差,).,n,=,独立尺寸的堆叠数量,.,T,i,=,第,i,个尺寸对称公差,.,极值法,(WC),间隙变量是个体公差的总和,.,第六步,计算变异,WC,T,tot,=0.15+0.25+0.30+0.40=1.10,最小间隙,X,min,=,d,Gap,T,tot,=1.00 1.10=0.10,最大间隙,X,max,=,d,Gap,+,T,tot,=1.00+1.10=2.10,增加,0.10,达到最小间隙的要求,(,d,Gap,0).,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,统计法,(RSS),间隙变量是个体公差的平方和再方根,.,第六步,计算变异,RSS,最大间隙,X,min,=,d,Gap,T,tot,=1.00 0.58=0.42,最小间隙,X,max,=,d,Gap,+,T,tot,=1.00+0.58=1.58,最小间隙的要求,(,d,Gap,0),完全达到,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,T,tot,=,最大的预期间隙变量,(,对称公差,).,n,=,独立尺寸的堆叠数量,.,T,i,=,第,i,个尺寸对称公差,.,第六步,计算变异,WC or RSS?,以上的计算结果,WC:,最小间隙,X,min,=,0.10 mm,RSS:,最小间隙,X,min,=,0.42 mm,使用哪一个,?,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,2.,建立封闭尺寸链图,1.,确定组装要求,6.,按要求计算变异,5.,确定公差分析的方法,4.,按要求计算名义尺寸,当每个堆叠尺寸的公差为,0.10,时，通过,WC,和,RSS,方法计算组装公差,在,WC,和,RSS,方法之间百分比不同,方法,WC,RSS,假设,所有尺寸都在公差极限范围内,.,所有尺寸都是正态分布,.,所有尺寸都是独立统计,.,尺寸的分布是全部没有偏差,.,所有公差体现的都是相同标准差数量,(,or s).,尺寸都是对称公差,.,风险,用于零件数量大，,WC,法将会零件公差小，良率低,.,零件成本高的风险,.,如果部分或所有,RSS,假设是无效的，结果的可靠性会降低,+/-,+,可以,100%,达到公差范围内计算，假设所有尺寸都在公差极限内是不现实的。,-,在极限值状态组装的机率是非常低的。,+RSS,是基于名义尺寸居中心，用概率统计理论分析零件尺寸的趋势。,+,比,WC,法，其成本较低。,-,太多的假设,WC,和,RSS,方法的假设,风险及,+/-,So,一些指导原则，什么时候当用,WC,和,RSS,方法,在堆叠中，如果少于,4,个尺寸的,如果对这个制造工艺了解不足够的,在堆叠中，如果有,4,个或多于,4,个尺寸的,只要有可能就尝试用它,当对制造工艺非常了解（旧的类似零件）,WC,RSS,Nokia,专案的公差分析,这部分主要介绍在,Nokia,专案设计应用的公差分析表格，它可以给参与专案设计的设计者一些基本能力。,例,1,LCD,连接器的组装,PWB,LCD Spring Connector,LCD,UI Frame,Light Guide,LCD Foil,功能要求,电子方面：,PWB,和,LCD Foil,通过弹片连接器连接可靠。,弹片可压缩最小极限,(,干涉量,),是,0.30 mm.,在这个例子中，最大的压缩不是主要的考量因素。,1.,确定组装要求,X -0.30 mm,例,1,LCD,连接器,第,1,步,X,D 0.10,0.05,C 1.45,0.10,B 0.50,0.10,E 1.45,0.15,A 0.15,0.03,2.,建立封闭尺寸链图,PWB,Soldering Tin layer,LCD Spring Connector,LCD,UI Frame,Light Guide,LCD Foil,例,1,LCD,连接器,第,2,步,No gap,在弹力作用下将没有间隙,在弹力作用下将没有间隙,+,X,=-A-B+C-D-E=(-0.15-0.50+1.45-0.10-1.45)mm=,-0.75 mm,3.,转换名义尺寸，将公差,转成对称公差,压缩的名义尺寸值,(,用公差分析表格，这个尺寸会自动计算出来,):,4.,按要求计算名义尺寸,X,C 1.45,0.10,B 0.50,0.10,E 1.45,0.15,A 0.15,0.03,+,没尺寸需要转换。,例,1,LCD,连接器,第,3&4,步,D 0.10,0.05,例,1,LCD,连接器,第,5,步,5.,确定公差分析的方法,制造工艺是了解的，以及所有,RSS,假设是由依据的。,堆叠尺寸多于,4,个尺寸。,使用,RSS,法,!,例,1,LCD,连接器,第,6,步,6.,按要求计算变异,用,Nokia,的公差分析表进行堆叠分析，表格布局如下，,例,1,LCD,连接器,第,6,步,必需输入数据资料,1/3.,6.,按要求计算变异,针对这些分析填好一般的信息,.,如果名义尺寸栏目是空白的，则必须输入目标值,.,在这例子，这栏留空,.,填上上公差。下公差留空,.,插入相关的图片。,例,1,LCD,连接器,第,6,步,为每个尺寸天上零件名称，及描述它的相关性,.,输入名义尺寸值和尺寸链中的间隙，记得标上,(+),和,(-),符号,!,输入每个尺寸的公差值,.,必需输入数据资料,2/3.,6,7,5,6.,按要求计算变异,例,1,LCD,连接器,第,6,步,输入每个尺寸的,P,pk,指标预估值,.,这个练习的默认值是,P,pk,=1.,这份表格是基于公差值的,4,来分析，相当于,P,pk,=1.33.,当采用,P,pk,=1(3,),表格内公差成比例转换到,4,公差,(4/3*T).,比例公差可以通过点“,%Contribution to Total”,栏，即可转换为“,Estimated 4 Sigma Variation”.,8,必需输入数据资料,3/3.,9,6.,按要求计算变异,例,1,LCD,连接器,第,6,步,10,11,结果,1/2.,名义尺寸的总和是自动计算的。如果名义尺寸栏目是空白，那么目标值必须填写。,百分比数值告诉设计者每个尺寸公差占总变量的百分比。所有因素的总和是,100%.,6.,按要求计算变异,例,1,LCD,连接器,第,6,步,堆叠计算,4,变量,(P,pk,=,1,33).,评估 上偏差,PPM,等级是,(,接近,)0.(PPM Parts Per Million).,评估,P,pk,-,指标是高的，相关的,PPM,等级也是低的,.,填写主要的不确定因素，结论和建议,.,结果,2/2.,12,13,14,15,6.,按要求计算变异,例,2,电池组装界面,电路板,电池连接器,机壳,电池,例,2,电池界面,第,1,步,功能要求,有关电的；在电路板与电池之间通过弹片连接器可靠连接,.,弹片被压缩（干涉量）最小极限是,0.25 mm.,最大的压缩在这个例子可以不考虑,.,X,弹片长度由,8.20 mm,改到,8.40 mm.,=,名义压缩量由,0.70mm,加大到,0.90 mm.,输入数据进行第二次分析,.,6.,按要求计算变异,Example 2,HDa16,Battery interface,Step 6,上偏差的,PPM,等级是,(,或接近,)0.,P,pk,i,指标变高，相关的,PPM,等级变低,.,重新填写主要的不确定因素，结论和建议,.,第二次分析结果,.,1,2,3,6.,按要求计算变异,CM1,PD0,PD,0.5,PD,1,PD2,PD4,PD3,PD,流程中的公差分析,定义重要尺寸参数,检讨及清单排序,(,专家,),设计者做他们各自的第一优先配合界面的公差分析,所有公差分析清单分类（注上责任人和状态,),公差分析培训,初步分析清单,公差分析检讨,(,专家,),公差分析批准,(,专家,),第一优先检讨电子机构件界面的公差分析,早期概念设计公差分析,公差分析计划,应用例子,练习,第一优先批准电子机构件界面的公差分析,检讨次要部分的公差分析,输入到图纸,动作,交付,里程碑的交付,说明,:,纠正动作，设计和制程优化,设计者做他们各自的其次配合界面的公差分析,批准次要部分的公差分析,专家命名,重要日期,等等,分析来自供应商的量测数据，为将来的专案收集资料，变成公差分析的指导手册。,CM,1,PD,0,PD,0.5,PD,1,PD2,PD4,PD3,GD&T Training,特殊情态,这部分讲解在公差分析尺寸链中的一些特殊情态因素。,公差分析的困难分级,难度,增加,在一个空间方向堆叠刚性零件,在两个或三个空间方向或者机械装置堆叠刚性零件,带有不同分布形态的刚性零件,柔软有弹性的零件，塑胶，橡胶，金属片等零件,随环境而变化的零件,双向和三向分析,WC,和,RSS,方法一般用于解决输入数据不多的单一方向的公差堆叠分析,.,也有更高级的方法去解决更复杂的双向和三向堆叠分析,.,这些商务,CAT(Computer Aided Tolerancing),工具一般是在基础,Monte Carlo,进行仿真分析,(,比如,VisVSA,),.,使用,CAT,工具的一些优点：,特别在长的堆叠分析，比,WC,或,RSS,方法更精确，能力更强,.,很容易分析整个产品，不仅仅是单一的横截面,.,几何形式，位置和方向公差，也可以分析空隙和运动调节,.,对于独立的公差，可用于不同的统计分布形态,.,结果报告直观易沟通,.,双向和三向分析,VisVSA,用户界面,分析结果报告,量测得一些统计结果,装配树,堆叠中一个浮动的零件,不同的方法分析带导柱,/,孔组装的原理：,E,A,B,C,X,D,D,A,B,C,X,D,A,B,C,X,零件居中,分析名义间隙,(X),首选方法,导柱零件偏左,分析最小间隙,(X),导柱零件偏右,分析最大间隙,(X),两个分开孔的尺寸和公差,计算孔和柱子之间的间隙,堆叠中两个浮动的零件,Hole 2 11.02.0,Hole 1 8.01.5,Pin 5.01.0,Hole 1,R1 4.00.75,Gap 2,G2 3.0,Gap 1,G1 1.5,Hole 2,R2 5.51.0,Pin,D1 5.01.0,仅仅是名义尺寸的变量,=,(R2-D1/2)+(R1-D1/2)=4.5,这相当于,:,“,孔,2,和柱子之间的名义间隙”,+“,孔,1,和柱子之间的名义间隙”,堆叠中两个浮动的零件,Hole 2,R2=5.5 1.0,Pin,D1=5.5 1.0,Hole 1,R1=4.0 0.75,-R2+D1-R1=-4.5,Hole 2,R2=5.5 1.0,Pin,D1=5.5 1.0,Hole 1,R1=4.0 0.75,R2-D1+R1=4.5,堆叠中两个浮动的零件,仅仅是公差的变量,=,(1.0),2,+(1.0),2,+(0.75),2,),=1.60,孔,2,半径公差,(1.0),孔,1,半径公差,(0.75),柱子,直径公差,(1.0),总变量计算如下,:,名义间隙,:,算术总和,公差,:RSS,方法计算,总变量,=,(11.0-5.0)/2+(8.0-5.0)/2+(1.0,2,+1.0,2,+0.75,2,),)=6.1,堆叠中两个浮动的零件,孔,2,和柱子的间隙,孔,1,和柱子的间隙,孔,2,半径公差,柱子直径公差,孔,1,半径公差,G1,T2,G2,T3,T1,以下表格展示孔,1,和孔,2,中心线之间的变量计算,.,名义尺寸的总和是零，正如所要求的,.,堆叠中两个浮动的零件,+,6,、,Release History,Date,Version,P,repare,by,Checked by,Comments,Ma,r,.22,nd,2018,V1.0,Johnny,Granite,Internal Release,Thank,you,