关于 Tolerance Analysis

公差叠加分析基础知识

以下信息说明了为什么公差分析非常重要，一维、二维和三维分析问题之间的区别以及不同的公差分析类型。如果您对执行公差叠加非常熟悉，则可以跳过该部分，直接转至定义和编辑公差叠加。

当在 CAD 系统中设计零件时，公差设计是该零件的完美表达。在现实中，当您制造一个零件时，每个零件都略有差异。公差设计的目的在于，考虑每个零件中允许的变化以确定在装配这些零件时是否满足工程要求。

若要确定允许的公差大小，您必须考虑各个尺寸标注变化的累积或叠加。零件尺寸的变化会导致临界距离的变化，通常是指部件中两个不同零件之间的距离。对于每个临界距离，您必须确定是什么构成了可接受的值范围，在该范围内，系统仍然能按需运行。

公差叠加分析提供了一种方式来了解尺寸变化与功能要求之间的关系。

Inventor Tolerance Analysis 可以解决一维叠加问题，但不能解决二维或三维叠加问题。该工具可以识别所定义叠加中的二维或三维影响，并提供警告以提醒您。以下部分定义一维、二维和三维叠加之间的差值，帮助理解为什么出现该消息。

一维公差叠加表示正在分析的距离以及对距离变化有贡献的所有尺寸标注在相同线性方向上发挥作用。分析中会考虑叠加方向任一侧曲面的线性变化，而不会考虑曲面相对于彼此的角度变化。角度变化的影响有时会被忽略，该分析也会被视为一维分析。但是，如果叠加中涉及的曲面的尺寸出现显著差异，那么较小曲面的角度变化可能对较大曲面的边产生更大的影响。如果较大曲面跟随较小曲面的方向，则它们在分析的方向上来回移动的距离大于简单曲面平动允许的距离。当 Tolerance Analysis 检测到这种情况以及具有类似影响的其他情况时会发出警告。

在一维问题中，对于标准尺寸标注，到每个有影响的尺寸标注的总叠加距离的灵敏度通常为 1.0 或 -1.0。尺寸标注（例如直径或宽度）的灵敏度可能是 0.5 或 -0.5。

二维公差叠加要分析的也是距离，并且导致该距离变化的所有尺寸标注可在单一平面中表示。三维公差叠加在任何方向上都可能具有有影响的尺寸标注。这两者都涉及复杂的三角学计算，以确定部件中每个尺寸标注测量的灵敏度。

公差分析类型

Inventor Tolerance Analysis 支持最坏情况、常规统计和均方根法 (RSS) 分析方法。RSS 是统计分析方法的一种特例，将在“统计”部分之后进行介绍。

最坏情况公差分析是传统类型的公差叠加计算。各个变量全部处于最大或最小极限，以使叠加距离尽可能大或尽可能小。

最坏情况方法不考虑各个变量的分布。而是在装配所有零件时，假设这些零件是在可接受度的极限条件下生产的。这种方法可预测可达到的叠加距离的绝对上限和下限。

根据最坏情况公差要求进行设计意味着，在极限范围内生产的所有零件可以正常装配和使用。使用最坏情况方法的主要缺点在于，它通常要求各个零部件公差非常紧密。最坏情况可能导致成本高昂的制造和检验流程和高报废率。

与最坏情况分析方法对应的公差通常用于极其重要的机械接口和备用零件更换接口。当最坏情况公差不是合同要求时，正常应用的统计公差增大了零部件公差并降低了制造成本，从而可以确保可接受的部件产量。

统计分析方法利用统计原理在影响质量的情况下放宽零部件公差。每个有影响的尺寸公差都被假设具有统计分布。这些分布共同用于预测部件叠加距离的分布。统计分析可预测叠加距离的分布，而不是最坏情况方法确定的极限。统计分析提供更高的设计灵活性以进行任何质量级别（而不仅仅是 100%）的设计。统计分析方法与 RSS 方法不同，因为它不会假定装配质量级别必须与零件质量级别相同。

通过 Cp 的以下公式来计算每个尺寸标注的正态分布计算的标准偏差：

对标准偏差求解得到：

最常见的假设是 Cp=1.0，它基于以下假设：为制造工艺定义的公差高于/低于公差带中心（假设为平均值）3 个标准偏差，以便符合所要求公差的零件的概率达到 99.7%。对于所有统计分析，Tolerance Analysis 假设制造的目标是达到公差范围的中点，因此假定平均值为公差范围的中点。

均方根法 (RSS) 分析利用上一部分中介绍的常规统计分析方法的原理，但有一些简单化假设，它使用公差而不是标准偏差来进行计算。一个主要假设是，尺寸标注以及叠加结果中每个公差与其关联的标准偏差的比率是相同的。对于 RSS 分析，Tolerance Analysis 假设，对于所有尺寸标注和得出的叠加极限，Cp 都为 1.0。