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标题: 【原创】我的一个公差优化设计实例分享【案例】 [打印本页]

作者: yunhui 时间: 2011-11-2 09:47
标题: 【原创】我的一个公差优化设计实例分享【案例】

此案例通过针对一个汽车座椅自锁机构Pro/E模型，运用了一款专业的公差分析软件，利用Pro/E完全集成环境下创建的座椅自锁机构模型，基于专业软件所提供的系统矩（SOTA法）算法，做统计和极限二种情况下的公差分析，并且在非常短的时间内，通过软件计算得到了满足质量要求的公差分配和产品设计，大大提高了作系统公差优化设计和分析的效率。

接下来简单介绍本文所提及的汽车座椅制锁机构工作原理，再把运用专业公差软件Cetol来计算优化此系统的公差过程方法作详细的说明，希望能对大家有所参考。

作者: newuser2006 时间: 2011-11-2 09:57
内容呢

作者: yunhui 时间: 2011-11-2 10:32

我们介绍下“汽车自锁机构”质量关心焦点，也就是公差分析要达到的质量要求。

作为汽车座椅锁具，其质量的好坏，关系到汽车驾乘人员乘坐的舒适性和安全性。锁具在开锁时，希望能够充分打开，不要与其他零部件之间产生干涉，即顺利打开。锁具在闭锁时，能够经受得住外力的冲击，不至于产生突然脱开现象。在锁具的任何状态，都要求锁具动作部件能够与电器设备很好地连接，在电控装配的驱动下，锁具能够准确地运转到指定的位置。根据设计功能要求，把项目细分到具体的状态上，在运动部件的具体指定位置，做功能要求的详细设定。
1）一个关键质量要求就是爪轮在打开时要远离侧板的开口槽，这是为了确保爪轮不会与锺棒产生干涉。如下图所示。
[attach]1105485[/attach]
开锁时的测量尺寸

作者: yunhui 时间: 2011-11-2 10:35
本帖最后由 yunhui 于 2011-11-2 10:51 编辑

newuser2006 发表于 2011-11-2 09:57
内容呢

兄弟伙，因为内容较多，也比较忙，只能抽空传点，见谅!

作者: yunhui 时间: 2011-11-2 10:41
2）锁轮上的孔，在完成机械装配后，需要从这个孔里穿电缆线，来接通电源。根据座椅的设计要求，为了保证电缆线能与机械设备能可靠地连接，电缆线过孔必须在位于基准孔名义值的正负2个mm之间。如果尺寸超过了上极限，锁具就会出现卡死现象，如果超过了下极限，电缆线就不能很好地与电器设置连接，导致零件废弃和成本增加。
另外一个关键尺寸就接触力位置，这个接触力与作用方向一致，是在爪轮和中轮之间，接触力矢量的位置决定了是否有足够的闭锁运动来保持锁具在冲压载荷的情况仍能正常闭锁，加工和装配偏差都有可能这些关键质量要求产生失效，过紧的公差会增加成本也有可能导致产品无法加工。为了生产高质量低成本的产品，有必要在设计阶段就能理解所有这些问题。
下图为锁具关闭情况下的测量尺寸
[attach]1105488[/attach]

作者: companda 时间: 2011-11-2 13:30
cetol是神马东东，偶菜鸟，没听过哦

作者: yunhui 时间: 2011-11-2 15:27

接着呢就是创建公差分析目标

公差分析的前提首先要确定装配性能尺寸，对于锁具装配体，需要确定具体的装配状态。实施步骤如下：

首先是启动Pro/E和CETOL的界面，进入界面以后对CETOL进行自定义的设置，设置常用的公差类型，需要输出的项目【任选三项】

1）启动CETOL软件的分析器。

a．启动Pro/E。

b．启动CETOL,路径：开始/程序/sigmetrix/CETOL 6 sigma v8.2 for Pro ENGINEER/CETOL v8.2 Modeler。

c．打开锁具装配体。

d. 配置CETOL与Pro/E同步

2）打开CETOL选项菜单。

a．从工具-选项栏目选择，在偏差标签栏设置，如下图：
[attach]1105522[/attach]
b. 在图表和高亮显示设置栏，设置如下：如下图
[attach]1105523[/attach]
c．在分析和报告栏设置如下：
[attach]1105524[/attach]
3）设置锁具在打开和关闭时的测量尺寸如下：
[attach]1105525[/attach]

打开状态下的测量尺寸

[attach]1105526[/attach]

[attach]1105528[/attach]

[attach]1105527[/attach]

分别为关闭状态下所关注的三个测量尺寸

现在对CETOL的初始设置和对本案例所关心的测量尺寸添加完成，

作者: ffxy321 时间: 2011-11-3 07:30
来学习一下啊啊学习学习啊

作者: yunhui 时间: 2011-11-3 09:30
添加完测量尺寸和CETOL的初始配置后，接下来要做的是添加装配约束关系，即这个装配体在现实装配条件下的约束关系。在这个例子中，我保留了一个理想的约束条件，为了在分析阶段看一下结果的区别！

接着我们来添加装配约束关系！

创建装配公差模型需要在CETOL重建零部件之间的装配关系，零部件在装配体的实际装配位置决定了误差的传播方式和传播结果。对于锁具首先确定侧板作为装配体的装配基准件，在CETOL工作树，把零件按照实际装配顺序在工作树上调整顺序。

由于前面定义了锁具在不同的运动状态下的装配关系，因此，需要指定锁具在打开时和关闭时对应具体的零件，在这里确定锁具在打开时的各个零部件之间的装配关系，因此，只考虑爪轮销、爪轮、中轮销、中轮、锁轮销、锁轮、止位销、侧板这些部件之间的装配关系。锁具安装时，把侧板放在工作树的第一个位置，CETOL软件自动认为侧板为固定不动的零件，接着安装止位销，定义圆柱销和侧板内孔约束，根据顺序定义爪轮销与侧板和爪轮之间的装配关系，后面一步需要定义中轮销与侧板和中轮之间的装配关系，打开时，需要定义爪轮与止位销之间的约束关系，这样就完整定义了锁具在打开状态下的各个部件之间的装配关系。具体装配如下图所示。

[attach]1105647[/attach]

对于锁具在锁紧情况的装配关系定义，可以沿用打开时已有的各个部件的装配约束，在后续添加棒锺和一个虚拟平面，棒锺和爪轮之间有接触约束，虚拟平面代表了爪轮与中轮接触时的接触力方向，通过虚拟平面控制爪轮与中轮之间准确的接触位置。其装配关系如下图所示。

[attach]1105649[/attach]

刚才特别提到保留了一个理想的约束状态，在这里说明一下，爪轮与轴的配合是一个间隙配合，在实际过程中受本身重力的影响，是曲面相切的配合，而非在这里我定义的相切方向，主要是为了看看装配关系定义错误对结果会产生什么影响。如下图所示：

[attach]1105648[/attach]

作者: yunhui 时间: 2011-11-3 09:33
看帖要回啊兄弟们

作者: huangchaom 时间: 2011-11-3 12:21
{:soso_e183:}

作者: companda 时间: 2011-11-4 10:23
貌似有点复杂哇，菜鸟表示看不懂。。。

作者: yunhui 时间: 2011-11-7 10:57
添加完装配约束关系后，接着要做的是添加尺寸公差及形位公差，由于零件尺寸较多，下面各举一个例子，显示如何让添加尺寸公差和形位公差。

添加尺寸公差如下图

[attach]1106385[/attach]

添加形位公差如下图

[attach]1106386[/attach]

作者: yunhui 时间: 2011-11-7 13:23
在添加完成以后，检查无误后，就可以运行求解。
定义完成各个零件的尺寸约束，在CETOL模型图表和顾问窗口下检查定义尺寸约束的完整性和自由度，另外通过在配置下检查各个零件的装配自由度，保证整个装配体不产生过约束和欠约束，特别在v8.2版本增加针对个别零件的自由度检查功能，这样保证精确定义具体零部件。选择运行新的分析，弹出求解对话框如下图12锁具求解界面，这里选择求解一阶敏感度求解，导数的扩展点为公差中点。
求解器界面如下：

[attach]1106413[/attach]

作者: nimoo 时间: 2011-11-7 14:45

作者: yunhui 时间: 2011-11-8 10:55
那么我们首先来看一下在理想装配下的分析结果:

理想装配状态下的公差分析

在CETOL界面启动结果分析器，结果显示4个求解尺寸的最大值和最小值，极限求解的值不具有应用价值，因为本产品是采用大批量生产，所以统计结果才更有意义，在这里假设所有输入的尺寸在满足公差要求的前提下，工艺过程能力为1，即cpk=1，统计分析结果显示如下图，各个输出尺寸的sigma值和合格率。

[attach]1106594[/attach]

从上面的结果可以得知，锁具在关闭状态下三个测量尺寸的sigma值分别为0.69、6.41和1.13，其在统计状态下的质量合格率为51.03%、100%和73.97%，打开状态的测量尺寸的sigma值为3.53，质量合格率为99.96%。 CableHoleX和Claw Force Offset 的统计质量没有达到sigma等于3的质量要求，其分布如下图，Claw Tip Clearance的分布图如下：

[attach]1106597[/attach]

[attach]1106596[/attach]

[attach]1106595[/attach]

作者: luzhang90 时间: 2011-11-8 15:11
好像很强大，回复了慢慢看。

作者: aofjany 时间: 2011-11-8 21:59
如果有零件的PRT档，效果会更好

作者: 精密机械 时间: 2011-11-9 10:07
多谢楼主！终于看到一个实用的范例了。

作者: yunhui 时间: 2011-11-9 14:08
在前面提到，上面的分析结果呢是在理想的装配下的一个分析结果，与现实的装配约束条件不符合，因此我们要把装配约束关系定义到与现实的约束条件一致。

实际装配状态下的公差分析

上一次的分析都是假设所有的装配的理想装配下的装配质量预测，由于本求解主要是要考虑锁具在工作状态下的装配质量，此时需要根据结构力学分析结果重新输入各个零件尺寸参数，同时在有预紧力作用的情况下，爪轮与爪轮轴之间不再是完全同心的状态，中轮和中轮轴之间也是不同心的状态，根据实际装状态需要重新定义装配关系。下图显示爪轮与爪轮轴的实际装配位置（爪轮与爪轮轴的理想装配位置定义在前面，各位可以进行对比下）。

[attach]1106866[/attach]

根据实际的装配状态的重新设置，启动求解器进行分析求解，得到如下分析结果如下：

[attach]1106867[/attach]

从上面的结果可以得知，锁具在关闭状态下三个测量尺寸的sigma值分别为1.50、6.41和2.00，其在统计状态下的质量合格率为86.76%、100%和95.45%；打开状态的测量尺寸的sigma值为2.25，质量合格率为97.52%。CableHoleX、ClawForce Offset和Claw Tip Clearance的统计质量没有达到sigma等于3的质量要求，其统计分布图如下

[attach]1106868[/attach]

[attach]1106869[/attach]

[attach]1106870[/attach]

从上述二种结果数据可以看出，考虑了装配体的实际装配状态，终轮中心到基准的水平距离CableHoleX中心尺寸和接触到基准中心的偏移距离Claw Force Offset发生了偏移，而且基本与目标尺寸一致，质量有较大改善，sigma值分别由0.69,1.13提升到1.50,2.00，而打开状态下的另外一个关心尺寸Claw Tip Clearance质量出现了下降，sigma值由3.53下降到2.25，这也是由于接触位置的偏移导致实际测量尺寸与目标尺寸产生偏差。理论装配为设计提供了参考，但是实际装配状态的模拟更符合生产实际，其结果直接指导设计。

作者: 精密机械 时间: 2011-11-9 22:31
这个是Pro/E的什么模块啊？

作者: wzsxj 时间: 2011-11-10 09:41
这个太专业了，还加上英格丽西头痛。

作者: yunhui 时间: 2011-11-10 12:16
接下来要做的呢就是对这些结果进行优化，让质量合格率达到可接受的范围。今天先传尺寸CableHoleX及Claw Force Offset优化前后的对比。

根据上述的设置完成后，得到各个输出尺寸与输入尺寸的贡献度数值排序，贡献度给出输入尺寸公差对输出装配尺寸的贡献因子排序。贡献度数据指导设计合理的公差分配，根据输出尺寸的统计质量要求，把相关的贡献度数值高的尺寸公差做调整得到，达到快速提高装配质量的目的。

CETOL独特的算法决定了它能够计算输入尺寸相对输出尺寸的敏感度数值排序，敏感度考虑零件尺寸的名义值发生潜在变化时，对输出装配尺寸名义值的影响度排序。输入尺寸分为线性尺寸和角度尺寸二大类，在输出结果，分别结出各个线性尺寸和角度尺寸敏感度数值大小排序。绿色长条表示敏感度的数值来正值，紫色长条表示敏感度的数值为负值，也就是输入尺寸的变化方向相对输出尺寸的变化方向是相反的。

本案例中，尺寸CableHoleX及Claw Force Offset质量较低原因是不合理的公差，我们通过对贡献度较高的公差进行优化，使他们的sigma值达到可接受的范围。下图分别是尺寸CableHoleX及Claw Force Offset优化前后优化后的分析结果：

[attach]1107005[/attach]

CableHoleX优化前的分析结果

[attach]1107007[/attach]

CableHoleX优化后的分析结果

[attach]1107006[/attach]

ClawForce Offset优化前的分析结果

[attach]1107008[/attach]

ClawForce Offset优化后的分析结果

作者: yunhui 时间: 2011-11-11 09:28
现在接着来对尺寸Claw Tip Clearance进行处理，通过下图及优化后的分析结果中，得到在打开状态下，尺寸ClawTip Clearance主要是因为产品质量的分布中心发生偏移引起，因此我们只需要更改对其结果影响的名义值尺寸，就能够保证sigma值达到3。

[attach]1107131[/attach]

因此我们只需要更改对其结果影响的名义值尺寸，就能够保证sigma值达到3，又因为我们已经对关闭状态下的三个尺寸优化完毕，因此只能修改该尺寸敏感度影响的尺寸，如下图所示，尺寸12.55只影响尺寸ClawTip Clearance的敏感度，其他三个尺寸对该尺寸不敏感。

[attach]1107132[/attach]

下图为优化的过程

[attach]1107133[/attach]

下图为优化后的分析结果列表

[attach]1107134[/attach]

从上述结果可以得知Claw Tip Clearance的sigma值为5.85，ClawForce Offset的sigma值为4.06，Cable Hole Y的sigma值为6.41，Cable Hole X的sigma值为3.01，所有的输出结果的sigma值都大于3，完全满足设计要求

作者: yunhui 时间: 2011-11-11 14:55
CETOL 6 σ由美国sigmetrix公司研发，始于德州仪器（TI），为公差分析软件，能与Pro/E、SolidWorks、CATIA等三大CAD软件无缝连接，支持中、英文版本。

作者: bluevox3000 时间: 2011-11-12 12:36
支持了。

作者: bluevox3000 时间: 2011-11-12 12:37
有模型文件bu?

作者: yunhui 时间: 2011-11-14 10:22
分析与优化做完以后呢，需要输出报告文件，下面来看看CETOL的输出报告形式。
从数据工具栏选择一般报告，弹出报告对话框，在报告模板选择需要输出的项目，选择客户化，输出客户化报告。选择excel执行程序，生成标准报告。把此报告作为后续的参考。输出报告分析界面如下图所示。

[attach]1107559[/attach]

通过上述对汽车座椅锁具公差分析过程的描述，我们可以得出，CETOL可以在三维CAD的环境下，做可视化公差模拟，结合装配的实际状况，考虑销和孔装配偏心的情况对装配质量的影响。CETOL公差分析软件预测运动装配体在不同装配状态下的质量，由输入的形位公差和形状公差，计算各输出质量在满足控制质量要求的装配合格率或sigma值。结果分析器提供影响质量的关键公差贡献度排序和敏感度排序。由此数据，对输入的尺寸公差或形位公差进行改进，对输入的名义尺寸进行修改，得到满足质量要求的公差分配和产品设计。

本案例就做完了，另外征求模型（电子消费产品）做分析案例，谢谢大家的支持！

作者: 马乙 时间: 2011-11-14 11:30
技术贴，一定要支持，慢慢看。

作者: yunhui 时间: 2011-11-15 09:25
本案例到这就算完成了，我也希望做更多的帖子分享，更多类别的产品的公差分析例子来分享，下一步我打算做一个电子消费品方面产品的案例分享出来，因此征求电子消费品模型做一个分析与优化的案例。

作者: 精密机械 时间: 2011-11-16 12:11
有没有简单一点的模型让看看？最好是电子产品的

作者: yunhui 时间: 2011-11-17 10:41
求模型

作者: yunhui 时间: 2011-11-18 11:04
没人顶，自己顶

作者: 335056359 时间: 2011-11-18 13:29
不懂，有鸭梨

作者: rakea 时间: 2011-11-22 16:34
不知道对于简单的紧配有没有办法进行测算？？比如手机上天线组装要求干涉---天线轴尺寸为3.2+/-0.05，塑壳孔尺寸3.1 +0.02/-0.05

作者: CADCAD 时间: 2011-11-24 23:06
好东东，先顶再看

作者: yunhui 时间: 2011-11-28 16:31
可以计算，过盈间隙为负，间隙位正

作者: hyzzhi850 时间: 2011-11-28 17:18
学习学习啊

作者: yunhui 时间: 2011-11-29 09:09
{:soso_e113:}

作者: yunhui 时间: 2011-11-29 14:21
{:soso_e113:}

作者: yunhui 时间: 2011-11-30 09:11
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

作者: yunhui 时间: 2011-11-30 17:20
没人支持啊？？！！！！！！！！！！！！！！！！！1

作者: 精密机械 时间: 2011-11-30 17:30
请问楼主，我们经理让我问一下，能不能帮忙做个公差分析？就是一个电子产品的按键机构，由于带转动系统，有点复杂。我们产品还在研发阶段，模型不能发这里，楼主能不能把QQ留给我，我把模型发QQ邮箱里。

作者: 5555a 时间: 2011-12-1 08:11
学习了
谢谢

作者: yunhui 时间: 2011-12-1 10:35
回复43楼：可以，不过需要具体数据。QQ：376521781

作者: hhz 时间: 2011-12-3 07:51
这个有点意思，学习一下

作者: yunhui 时间: 2011-12-5 09:18
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

作者: yunhui 时间: 2011-12-5 17:08
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

作者: yunhui 时间: 2011-12-6 09:48
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作者: xajeff 时间: 2011-12-6 11:36
不错，来学习了

作者: xajeff 时间: 2011-12-6 11:38
不错，来学习了

作者: oliter 时间: 2011-12-6 13:49
这个神马东东，搞不懂呢

作者: yunhui 时间: 2011-12-6 15:01
公差分析软件

作者: yunhui 时间: 2011-12-7 09:26
~~~~~~~~!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

作者: yunhui 时间: 2011-12-8 09:50
~~~~~~~~~`

作者: yunhui 时间: 2011-12-12 13:37
~```````````~~~~~~~~~~~~````

作者: yunhui 时间: 2011-12-14 10:50
!@#$%^&*()_

作者: hzynhnh 时间: 2011-12-15 20:44
严重求模型文件。

作者: 精密机械 时间: 2011-12-16 21:40
谁参加昨天的用户大会了？见到神秘人物了。

作者: oAo 时间: 2011-12-17 08:50
兄弟厉害哦

作者: ghlyulin 时间: 2011-12-18 14:58
不错，原来设计时很少用到模拟分析这一块，现在要加快学习。

作者: yunhui 时间: 2011-12-19 09:32
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作者: yunhui 时间: 2011-12-19 17:19
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作者: yunhui 时间: 2011-12-21 09:40
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作者: yunhui 时间: 2011-12-23 09:30
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作者: yunhui 时间: 2011-12-26 09:29
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作者: yunhui 时间: 2011-12-26 17:28
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作者: yunhui 时间: 2011-12-27 11:46
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作者: yunhui 时间: 2011-12-28 09:10
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作者: yunhui 时间: 2012-1-5 10:18
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作者: yunhui 时间: 2012-1-9 12:56
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作者: nizeshen 时间: 2012-1-13 14:33
学习学习

作者: nizeshen 时间: 2012-1-13 14:34

作者: ymjiang 时间: 2012-1-13 16:46
牛啊！学习学习！

作者: water_mec 时间: 2012-5-16 10:44
楼主能否给下原先文件啊，方便不？

作者: 人生豪迈 时间: 2013-1-17 11:01
顶一下，尽管没有模型

作者: xdf992148 时间: 2013-7-31 13:00

作者: hljalhj 时间: 2015-7-24 13:02
能分享一下软件吗？410002307这是我的QQ

作者: gao71 时间: 2018-7-25 09:40
楼主，有cetol 8.2的安装包吗

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