概要 - 公差解析

1D 公差スタックアップ解析

Inventor Tolerance Analysis は、X など、単一の直線方向のパーツの公差スタックアップをレポートする 1 次元公差解析ツールです。この解析により、アセンブリのパーツが、累積的なパーツ公差に基づいて機械的適合性とパフォーマンス要件を満たすかどうかを判断します。
注: Inventor Tolerance Analysis は Product Design and Manufacturing Collection に含まれます。

1D 解析は一般的にスプレッドシートでキャプチャされますが、スプレッドシート方式のセットアップと保持は困難になる可能性があります。理由は次のとおりです。

Inventor Tolerance Analysis は、上記のような公差スタックアップと多くの共通の公差スタックアップ タスクを自動化することで、スプレッドシート方式を置き換えるものです。

公差スタックアップ解析の基本

以降では、公差解析の重要性、1D、2D、3D 解析上の問題の相違点、各種公差解析について説明します。公差スタックアップの操作に慣れている場合は、このセクションを省略して、公差スタックアップの定義と編集に直接移動できます。

CAD システムでパーツを設計すると、それはパーツを完全に表現したものになります。実際は、パーツを製造すると、各パーツにわずかな差異が生まれます。公差設計の目的は、パーツを組み立てるときにエンジニアリング要件が満たされているかどうかを判断できるように、各パーツの許容可能な変化を考慮することです。

許容される公差量を判断するには、各寸法での変化の累積またはスタックアップを考慮する必要があります。パーツの寸法の変化を組み合わせて、臨界距離の変化を計算します。通常は、アセンブリ内の異なる 2 つのパーツ間の距離です。臨界距離ごとに、システムが希望どおりに機能する値の許容範囲を構成する要素を判断する必要があります。

公差スタックアップ解析は、寸法の変化と機能要件との関係を理解するための方法を提供します。

Inventor Tolerance Analysis では、1 次元(1D)のスタックアップの問題は解決できますが、2D または 3D のスタックアップの問題は解決できません。多くの場合、定義したスタックアップに対する 2D または 3D の影響を認識し、警告を通知することができます。次のセクションでは、メッセージが表示される理由を理解できるように 1D、2D、および 3D スタックアップ間の違いを定義します。

1D 公差スタックアップは、解析されている距離と距離の変化に寄与するすべての寸法が同じ直線方向に作用していることを意味します。スタックアップ方向のどちらか一方のサーフェスの直線変化を考慮します。互いを基準にしたサーフェスの角度変化は考慮しません。角度変化の影響が見落とされ、解析が 1D とみなされることがあります。ただし、スタックアップに含まれるサーフェスのサイズに大きな違いがある場合、小さなサーフェスの角度変化が、大きなサーフェスのエッジに対して大きく影響することがあります。大きなサーフェスが小さなサーフェスの向きに従う場合、サーフェスの単純な平行移動が許可されるだけでなく、解析の方向を前後に移動します。Tolerance Analysis は、このようなシナリオや、類似の影響がある他のシナリオが検出されたときに警告します。

1D の問題において、寄与する各寸法に対するスタックアップ距離全体の感度は、通常は標準の寸法で 1.0 または -1.0 です。たとえば、直径や幅などのサイズ寸法に対する感度は 0.5 または -0.5 になる場合があります。

2D 公差スタックアップは距離を解析する際のもので、距離の変化に寄与するすべての寸法は単一平面で表すことができます。3D 公差スタックアップでは、あらゆる方向の寸法が寄与する可能性があります。どちらの場合でも、アセンブリの各寸法の測定感度を決定するには、通常、複雑な三角関数の計算が必要になります。

公差解析のタイプ

Inventor Tolerance Analysis は、ワーストケースの解析法、通常の統計的解析法、2 乗和平方根(RSS)の解析法をサポートします。RSS は特別なケースの統計的解析法で、「統計的」セクションの後に説明します。

ワーストケースの公差解析は従来のタイプの公差スタックアップ計算です。個別の変数はすべて、スタックアップの距離ができるだけ大きくまたは小さくなるように上限と下限のいずれかに配置します。

ワーストケースの解析法では、個別の変数の分布は考慮されません。その代わり、すべてのパーツは組み立て時に合格判定の限界値で製造されたものと仮定されます。この方法では、実現可能なスタックアップ距離の上限と下限の絶対値を予測します。

ワーストケースの公差要件に合わせて設計するということは、限界値を超えないように製造されたすべてのパーツが、正常に組み立てられ、機能することを意味します。ワーストケースの解析法における主なデメリットは、多くの場合、個別のコンポーネントの公差を厳しくする必要があることです。ワーストケースでは、製造と検査のプロセスに手間がかかり、廃棄率が高くなります。

ワーストケースの解析法を満たす公差の割り当ては、多くの場合、重要な機械インタフェースとスペア パーツ交換インタフェースに使用されます。ワーストケースの公差が契約要件ではない場合は、統計的公差を適切に適用すると、アセンブリの歩留まりを許容範囲に収めながら、コンポーネントの公差を大きくし、製造コストを節約できます。

統計的解析法では、品質を犠牲にせずにコンポーネントの公差を緩和する、統計原則のメリットを活用します。寄与する各寸法に統計分布があるものと仮定されます。この分布を組み合わせて、アセンブリ スタックアップ距離の分布を予測します。統計的解析では、ワーストケースの解析法で特定される限界値の代わりに、スタックアップ距離の分布を予測します。統計的解析により、設計上の柔軟性が向上し、100% だけを目標とするのではなくあらゆる品質レベルに合わせて設計できます。統計的解析では、アセンブリ品質レベルがパーツ品質レベルと同じである必要があるとは想定しないため、RSS 法とは異なります。

各寸法の通常の分布用に計算される標準偏差は、Cp の次の式から計算します。

これを標準偏差の歩留まりに対して解決します。

Cp=1.0 という最も一般的な前提は、定義済みの公差を公差域の中心から標準偏差 +/- 3の位置に配置し、それを平均と仮定して、パーツが必要な公差に準拠する確率が 99.7% になるようにするという、製造プロセスの前提に由来します。すべての統計的解析において、Tolerance Analysis では、製造のターゲットは公差範囲の中点になるため、平均は公差範囲の中点と仮定されます。

2 乗和平方根(RSS)解析では、前のセクションで説明した通常の統計的解析法の原則を使用しますが、一部の前提を簡単にすることで、標準偏差の代わりに公差を使用して計算できるようにしています。主な前提の 1 つは、各公差とそれに関連付けられた寸法の標準偏差の各比率と、スタックアップ結果が同じになることです。RSS 解析の場合、Tolerance Analysis では、すべての寸法とそれに基づくスタックアップ制限で Cp を 1.0 と仮定します。