结构设计公差分析教案课件.pptx

1、会计学1结构设计公差分析结构设计公差分析第1页/共63页第2页/共63页下偏差下偏差上偏差上偏差目标目标规格范围规格范围1.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2.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两种主要的变异类型第3页/共63页解决方案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第4页/共63页0200400600人数160-164165-169170-174175-179180-184185-189190-1941

2、95-199200-204205-209某单位男人高度某单位男人高度(假设假设)第5页/共63页2826242220181610050045678910 110102030405060第6页/共63页99.9937%-3-4-5-6+3+4+5+6 99.73%99.999943%99.9999998%-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)第7页/共63页minmaxR1n)X(Xn1i2isxxxxNN12.2s第8页/共63页总体参数 =总体平均值 =总体标准差 xs样本统计x=样本平均值s=样本标准差

3、第9页/共63页Process variation 3s USL-meanLSLSample meanNominal valuemean-LSLLTLTpksmeanUSLsLSLmeanP3-,3-minUSLProcess variation 3sTolerance range第10页/共63页第11页/共63页第12页/共63页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单个零件和组件的公差堆叠零件零件 3 零件零件 2零件零件 120.00 0.3015.00 0.2510.00 0.1545.0

4、0?35.00?13.00 0.2010.00 0.1512.00 0.10零件零件 4第13页/共63页在堆叠公差时，有以下几种方法:手工.用电子数据表，比如Nokia Excel 模板.这这在在NOKIA是首选的方法是首选的方法!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，将公转换名义尺寸，将公差差转成对称公差转成对称公差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第14

5、页/共63页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3.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转成对称公差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第15页/共63页零件零件 3零件零件 2零件零件 1零件零件 420.00 0.30必要条件必要条件(Gap 0

6、)15.00 0.2510.00 0.15IIIIII46.20+0.20-0.60B(d2)A(d1)C(d3)D(d4)+IV必要条件必要条件X(dGap)03.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转成对称公差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第16页/共63页46.00 0.4046.20+0.20-0.6045.60+0.80-0.00零件零件 43.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转成对称公差2.建立封闭尺寸

7、链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第17页/共63页niiGapdd1名义值间隙是:dGap=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di=尺寸链中第i个尺寸的名义尺寸 dGap=-10.00-15.00-20.00+46.00=1.00B(d2)A(d1)C(d3)D(d4)+必要条件必要条件X(dGap)03.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转成对称公差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计

8、算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第18页/共63页怎样计算间隙的变异怎样计算间隙的变异?一般应用比较多的公差分析模式是：1.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2.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方法是基于什么计算?请看后面的说明请看后面的说明3.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转成对称公

9、差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第19页/共63页1.确定组装要求确定组装要求让我们用让我们用 WC 和和 RSS来计算这些变量，然后做个比较！来计算这些变量，然后做个比较！ssssstot242322212164433.122TsTssTPpkniitottottottotTTTTTTTTTTTTTTTTT12242322212423222122423222121616161616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

10、尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转成对称公差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第20页/共63页niitotTT1Ttot=最大的预期间隙变量(对称公差).n=独立尺寸的堆叠数量.Ti=第i个尺寸对称公差.Ttot=0.15+0.25+0.30+0.40=1.10 最小间隙 Xmin=dGap Ttot=1.00 1.10=0.10 最大间隙 Xmax=dGap+Ttot=1.00+1.10=2.10 增加增加 0.10 达到最小间隙的要求达到最小间隙的要求(dGap

11、0).3.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转成对称公差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第21页/共63页 最大间隙 Xmin=dGap Ttot=1.00 0.58=0.42 最小间隙 Xmax=dGap+Ttot=1.00+0.58=1.58 最小间隙的要求(dGap 0)完全达到完全达到58.0335.040.030.025.015.02222totTniitotTT123.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转

12、成对称公差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸Ttot=最大的预期间隙变量(对称公差).n=独立尺寸的堆叠数量.Ti=第i个尺寸对称公差.第22页/共63页以上的计算结果以上的计算结果WC:最小间隙 Xmin=0.10 mmRSS:最小间隙 Xmin=0.42 mm使用哪一个使用哪一个?3.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称公差转成对称公差2.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图1.确定组装要求确定组装要求6.按要求计算变异按要求计算变异5.确定

13、公差分析的方法确定公差分析的方法4.按要求计算名义尺寸按要求计算名义尺寸第23页/共63页第24页/共63页方法方法WCRSS假设假设 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

14、势。+比WC法，其成本较低。-太多的假设第25页/共63页第26页/共63页第27页/共63页PWBLCD Spring ConnectorLCDUI FrameLight GuideLCD Foil第28页/共63页功能要求功能要求电子方面：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.确定组装要求确定组装要求X -0.30 mm第29页/共63页XD 0.100.05C 1.450.10B 0.500.10E 1.450.15A 0.150.032.建立封闭尺寸链图建立封闭尺寸链图PWBSol

15、dering Tin layerLCD Spring ConnectorLCDUI FrameLight GuideLCD FoilNo gap在弹力作用下将没有间隙在弹力作用下将没有间隙+第30页/共63页X=-A-B+C-D-E=(-0.15-0.50+1.45-0.10-1.45)mm=-0.75 mm3.转换名义尺寸，将公差转换名义尺寸，将公差转成对称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按要求计算名义尺寸XC 1.450.10B 0.500.10E 1.450.15A 0.150.03+没尺寸需要转换。D 0.100.05第

16、31页/共63页5.确定公差分析的方法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。使用使用 RSS 法法!第32页/共63页6.按要求计算变异按要求计算变异用Nokia的公差分析表进行堆叠分析，表格布局如下，Title:ProjectDateVer.FromToHDa16,Demi01-Mar-031.0ALCD FoilFoil thickness0.0300.012.0%Reference#AxisBLight GuideLG thickness0.1000.03333333321.8%CUI FrameMating plane for LGMa

17、ting plane for PWB0.1000.03333333321.8%DSoldering TinLayer thickness0.0500.0166666675.4%ELCD Conn.Assembly planeTop of the Spring0.1500.0549.0%Target X:-0.30F0G0H0I0J0K0L0M0N0O0Sum of Nominal Dimensions and Nominal Floats100.0%Worst Case stack up of tolerances including sum of floatsStatistical stac

18、k up(based on Ppk=1.33)including sum of floatsEstimated ppm outside spec for stack-upEstimated Ppk for stack-up2.10Part ToleranceEstimated PpkNom.Dimension/Nom.FloatDescriptionTolerance Analysis TemplateX USL:X LSL:Descripton of design requirementElectrical:reliable connection between PWB and LCD Fo

19、il via Spring Connector.Ref.Letter on figure1.45-0.10USL00.430.29-0.50Remarks-0.15-1.45Major UncertaintiesRecommendationIt is possible that PWB is bended in assembly.As a result,minimum compression is-0.75+0.29=-0.46 mm.That means 0.16 mm safety margin to USL=-0.30 mm.High Ppk-value indicates reliab

20、le function for the LCD Connector.ConclusionThe form variation of the PWB should be controlled.OK.-0.75Compression of LCD Spring ConnectorResp.designerType of stack-upStatusS.Teranto 01.April 2003Review-name/dateRisto ReipasPotential problem if requirement is not metDisplay fade out.draftzcompressio

21、nPpk=1.00Ppk=1.00Ppk=1.00Ppk=1.00Ppk=1.00Ppk=1.00Ppk=1.00Ppk=1.00Ppk=1.00Ppk=1.00%Contribution to TotalWarning:Do not copy/paste cells X XD 0.100.05C 1.450.10B 0.500.10E 1.450.15A 0.150.03PW BSol deri ng Ti n l ayerLCD Spri ng ConnectorLCDUI Fram eLi ght Gui deLCD Foi l+第33页/共63页Title:ProjectDateVer

22、.HDa16,Demi01-Mar-031.0Reference#AxisTarget X:-0.30X USL:X LSL:Descripton of design requirementElectrical:reliable connection between PWB and LCD Foil via Spring Connector.Compression of LCD Spring ConnectorResp.designerType of stack-upStatusS.Teranto 01.April 2003Review-name/dateRisto ReipasPotenti

23、al problem if requirement is not metDisplay fade out.draftzcompressionX XD 0.100.05C 1.450.10B 0.500.10E 1.450.15A 0.150.03PW BSol deri ng Ti n l ayerLCD Spri ng ConnectorLCDUI Fram eLi ght Gui deLCD Foi l+必需输入数据资料 1/3.6.按要求计算变异按要求计算变异1.针对这些分析填好一般的信息.2.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.3.填上上公差。下公差留空.4

24、.插入相关的图片。第34页/共63页5.为每个尺寸天上零件名称，及描述它的相关性.6.输入名义尺寸值和尺寸链中的间隙，记得标上(+)和(-)符号!7.输入每个尺寸的公差值.必需输入数据资料 2/3.6756.按要求计算变异按要求计算变异第35页/共63页8.输入每个尺寸的Ppk 指标预估值.这个练习的默认值是 Ppk=1.这份表格是基于公差值的4 来分析，相当于 Ppk=1.33.当采用 Ppk=1(3)表格内公差成比例转换到 4 公差(4/3*T).9.比例公差可以通过点“%Contribution to Total”栏，即可转换为“Estimated 4 Sigma Variation”.

25、8必需输入数据资料 3/3.0.0400.1330.1330.0670.200Estimated 4 Sigma Variation96.按要求计算变异按要求计算变异第36页/共63页1011结果 1/2.10.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。11.百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.按要求计算变异按要求计算变异第37页/共63页Worst Case stack up of tolerances including sum of floatsStatistical stack up(based on Ppk=1

26、.33)including sum of floatsEstimated ppm outside spec for stack-upEstimated Ppk for stack-up2.10USL00.430.29Major UncertaintiesRecommendationIt is possible that PWB is bended in assembly.As a result,minimum compression is-0.75+0.29=-0.46 mm.That means 0.16 mm safety margin to USL=-0.30 mm.High Ppk-v

27、alue indicates reliable function for the LCD Connector.ConclusionForm variation of the PWB should be controlled.OK.12.堆叠计算4 变量(Ppk=1,33).13.评估 上偏差PPM 等级是(接近)0.(PPM Parts Per Million).14.评估Ppk-指标是高的，相关的 PPM等级也是低的.15.填写主要的不确定因素，结论和建议.结果 2/2.121314156.按要求计算变异按要求计算变异第38页/共63页电路板电池连接器机壳电池第39页/共63页功能要求功能要

28、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输入数据进行第二次分析.6.按要求计算变异按要求计算变异第49页/共63页Worst Case stack up of tolerances including sum of floatsStatistical stack up(based on Ppk=1.33)including sum of floatsEstimated ppm o

29、utside spec for stack-upEstimated Ppk for stack-up1.80USL00.880.50Major UncertaintiesRecommendation-The length of the Spring has been increased from 8.20 to 8.40 mm.As a result,minimum compression is-0.90+0.50=-0.40 mm.There is still 0.15 mm safety margin to USL=-0.25 mm.High Ppk-value indicates rel

30、iable electrical connection between Battery and PWB regardless of dimensional variation in the parts.ConclusionPpk-values have to be checked and updated after manufacturing process data is available.1.上偏差的PPM等级是(或接近)0.2.Ppki指标变高，相关的PPM等级变低.3.重新填写主要的不确定因素，结论和建议.第二次分析结果.1236.按要求计算变异按要求计算变异第50页/共63页CM1

31、 PD0PD0.5PD1PD2PD4PD3PD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

32、析的指导手册。CM1 PD0PD0.5PD1PD2PD4PD3GD&T Training第51页/共63页第52页/共63页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第53页/共63页第54页/共63页分析结果报告量测得一些统计结果装配树第55页/共63页EABCXDDABCXDABCX零件居中零件居中分析名义间隙分析名义间隙(X)首选方法首选方法导柱零件偏左导柱零件偏左分析最小间隙分析最小间隙(X)导柱零件偏右导柱零件偏右分析最大间隙分析最大间隙(X)第56页/共63页两

33、个分开孔的尺寸和公差 计算孔和柱子之间的间隙Hole 2 11.02.0Hole 1 8.01.5Pin 5.01.0Hole 1,R1 4.00.75Gap 2,G2 3.0Gap 1,G1 1.5Hole 2,R2 5.51.0Pin,D1 5.01.0第57页/共63页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”Hole 2,R2=5.5 1.0Pin,D1=5.5 1.0Hole 1,R1=4.0 0.75-R2+D1-R1=-4.5Hole 2,R2=5.5 1.0Pin,D1=5.5 1.0

34、Hole 1,R1=4.0 0.75R2-D1+R1=4.5第58页/共63页仅仅是公差的变量=(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)第59页/共63页孔孔2和柱子的间隙和柱子的间隙孔孔1和柱子的间和柱子的间隙隙孔孔2半径公差半径公差柱子直径公差柱子直径公差孔孔1半径公差半径公差第60页/共63页G1T2G2T3T1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.+FromToHole 2T1Radius Hole 21.0000.2506265661.6%GapG1Hole

35、 2Pin#VALUE!76.7%PinT2Diameter Pin1.0000.2506265661.6%GapG2PinHole 1#VALUE!19.2%Hole1T3Radius Hole 10.7500.1879699250.9%Part ToleranceEstimated PpkNom.Dimension/Nom.FloatDescriptionRef.Letter on figure5.001.503.00Remarks-5.50-4.00FloatPpk=1.33FloatPpk=1.33Ppk=1.33Ppk=1.33Ppk=1.33FloatPpk=1.33Float%Contribution to TotalSum of Nominal Dimensions and Nominal Floats100.0%Worst Case stack up of tolerances including sum of floatsStatistical stack up(based on Ppk=1.33)including sum of floats7.256.100.00第61页/共63页The end and thanks!The end and thanks!第62页/共63页感谢您的观看。感谢您的观看。第63页/共63页