مقدمه

تحلیل تلرانس یا (Tolerance analysis) یک اصطلاح کلی در حوزه مهندسی مکانیک است که انباشتگی تلرانس های حدی و هندسی قطعات را در مجموعه های مونتاژی جهت رسیدن به بهترین عملکرد با بازترین تلرانس مورد بررسی قرار می دهد.

هدف این فعالیت، ارزیابی ابعاد و تلرانس گذاری حدی و هندسی است که شامل تحلیل های یک بعدی، دوبعدی و سه بعدی می باشد.

در راستای جلب رضایت مشتری و ارایه محصولاتی با کیفیت بالاتر و هزینه کمتر طی زمان کوتاه تر مفهوم جدیدی بنام تحلیل تلرانسی را ابداع نموده است.

ایده اصلی نهفته در ورای این مفهوم, بررسی مسائل ساخت طی مراحل طراحی محصول است به طوری که این روند هیچ اثر منفی بر عملکرد محصول نداشته باشد. از مهم ترین پارامتر های مورد بحث در امکان ساخت قطعات، دقت ساخت قطعات در مقایسه با اندازه های نامی آن است, به عبارت دیگر با ترکیب و ارتباط فرآیند طراحی با فرآیند های بعدی مانند ساخت, مونتاژ و بازرسی هماهنگی کامل ایجاد گردد. یکی از مهم ترین فاکتور های موجود در اجزای حلقه تولید، تلرانس گذاری هندسی و ابعادی است.

تلرانس ها در واقع حلقه اتصال دهنده فرآیند های طراحی و ساخت هستند. ارتباط تلرانسها با قابلیت مونتاژ و عملکرد صحیح محصول نهایی و وابستگی تنگاتنگ آن با هزینه های تولید, انتخاب پروسه های ساخت, انتخاب ابزار آلات, هزینه های نصب, مهارت اپراتور, بازرسی ها, اندازه گیری ها , میزان محصولات نامطلوب و دوباره کاری ها موجب شده که حدود تلرانس ها در تعیین هزینه ی نهایی تولید , نقش مضاعفی ایفا نمایند.

انتخاب حدود تلرانسی بسته تر قطعات، معمولا منجر به افزایش تعداد مراحل ساخت، استفاده از فرآیند هایی دقیق تر, زمان تولید بیشتر و استفاده از اپراتور با مهارت بالاتر خواهد شد که در نهایت افزایش هزینه ها را در بر خواهد داشت. از طرفی استفاده از حدود تلرانسی باز تر سطح اطمینان از کارکرد صحیح مجموعه را کاهش می دهد و به دلیل افزایش میزان محصولات غیر قابل استفاده در مرحله کنترل کیفیت و تولید مجدد، هزینه های تولید افزایش می یابد. بنابراین باید حدود تلرانسی بهینه ای تعیین گردد که بر مبنای این حدود سطح هزینه های نهایی به پایین ترین حد ممکن برسد.

تحلیل تلرانسی :

تلرانس گذاری اجزای یک مجموعه اولین قدم برای تضمین کارکرد آن است. قدم بعدی اجرای فرآیند تحلیل حساسیت و تحلیل تلرانسی روی مجموعه است بدین ترتیب که پس از تعیین تلرانس قطعات تاثیر آنها بر تغییرات خواسته های طراحی مجموعه بررسی می شود و حساسیت عملکردی مجموعه ی مونتاژی نسبت به تلرانس هر یک از قطعات به دست می آید تا با استفاده از آن طراح بتواند تلرانس هایی را انتخاب کند که سبب کاهش هزینه در مرحله تولید و تضمین عملکرد مناسب مجموعه گردد.

در واقع تحلیل تلرانسی ابزار مناسبی برای طراحان، جهت پیش بینی تغییرات ابعادی و هندسی مجموعه ها ونحوه مونتاژ و غیره را فراهم می کند و این اجازه را می دهد که به صورت کمی تاثیر متغیر های طراحی در مراحل مختلف تولید بررسی شود. هزینه ی تغییر طرح در مراحل مختلف تولید از مرحله طراحی مفهومی تا مرحله فروش به صورت نمایی تغییر می کند و باعث کاهش سود به علت تغییر در طراحی و در نتیجه افزایش هزینه های بخش تولید می شود. بنا براین چنان چه تغییراتی در طراحی که معمولا اجتناب ناپذیر است از طریق تحلیل و مدل سازی در مراحل اولیه صورت گیرد تاثیر قابل توجهی در کاهش هزینه نهایی محصول خواهد داشت.

تحلیل تلرانسی به طراح اجازه تغییر در تلرانس قطعات به منظور تامین عملکرد مناسب مجموعه و کاهش هزینه تولید را می دهد.

به طور کلی روش های تحلیل تلرانسی را می توان از دیدگاه های مختلفی دسته بندی نمود:

* بعد فضای تحلیل (تحلیل تلرانسی در فضای یک بعدی , دو بعدی و سه بعدی )

* نوع تحلیل انباشتگی (روش بدترین حالت و روش های آماری)

* نوع تغییرات مورد تحلیل (تحلیل تغییرات ابعادی , تحلیل تغییرات ابعادی و هندسی)

* سطح تحلیل (تحلیل در سطح یک قطعه , تحلیل تلرانسی در سطح مجموعه مونتاژی)

* ماهیت ساختاری مجموعه ها (تحلیل مجموعه های صلب, تحلیل مجموعه های انعطاف پذیر )

فرآیند تحلیل تلرانسی را می توان در قالب چهار مرحله کلی تقسیم بندی نمود:

۱)  مدل سازی مجموعه به منظور تعیین تابع مونتاژی یا تابع طراحی (تابعی که بیانگر رابطه ی متغیر های مونتاژی یا وابسته ومتغیر های ساخت یا مستقل است)

۲) آماده سازی تابع مونتاژی برای تحلیل انباشتگی

۳) تحلیل انباشتگی

۴) تخمین در صد محصولات قابل قبول

مدل سازی مجموعه به منظور تعیین تابع طراحی

برای تعیین تابع طراحی روش های مختلفی در مدل سازی مجموعه های مونتاژی ارائه شده است. با توجه به این که سایر مراحل تحلیل تلرانسی تا حدود بسیار زیادی تحت تاثیر روش مدل سازی مجموعه مونتاژی قرار دارد در بیشتر مواقع فرآیند تحلیل تلرانسی با توجه به روش مدل سازی مجموعه مونتاژی نام گذاری می گردد.

معروفترین روش های مدل سازی مجموعه برای تعیین تابع طراحی عبارتند از:

۱)    روش جدول بندی تلرانسی

۲)    روش پارامتریک

۳)    روش سینماتیکی (حلقه های برداری)

۴)    روش ناحیه تغییرات

آماده سازی تابع طراحی برای تحلیل تلرانسی

به جز در مورد مجموعه های بسیار ساده معمولا توابع مونتاژی مجموعه ها، توابعی غیر خطی و پیچیده ای هستند که یا خطی سازی شده و یا به همان صورت غیر خطی مورد استفاده قرارمی گیرند. بنابراین به طور کلی تحلیل تلرانسی با توجه به شرایط مختلف در دو دسته خطی و غیر خطی انجام می پذیرد با توجه به نوع تحلیل نحوه ی آماده سازی تابع طراحی حاصل از مدل سازی مجموعه ی مونتاژی متفاوت خواهد بود. هر دو روش خطی و غیر خطی با سیستم های CAD سازگار هستند و همراه با این سیستم ها مورد استفاده قرار می گیرند. روش خطی سازی مستقیم نمونه ای از روش های خطی است که بر مبنای حلقه های برداری و تقریب مرتبه اول سری تیلور معادلات مونتاژی خطی سازی می گردند. روش شبیه سازی مونت کارلو نمونه ای از روش های غیر خطی است که برای شبیه سازی مجموعه مونتاژ از تولید اعداد تصادفی برای هر متغیر ساخت با توجه به نوع توزیع آماری تعیین شده توسط طراح استفاده می کند.

تحلیل انباشتگی

از مهم ترین مراحل تحلیل تلرانسی، تخمین میزان انباشتگی تلرانسی در مجموعه هاست. گاهی روش های تحلیل انباشتگی به صورت کاملا مجزا از سایر مراحل تحلیل تلرانسی انجام می شود و گاهی به صورت ضمنی در طی اجرای مراحل پیشین در فرآیند تحلیل تلرانسی گنجانده می شود. از متداول ترین و معروف ترین روش های تحلیل انباشتگی, روش بدترین حالت (WC) و روش آماری یا ریشه مجموعه مربعات (RSS) است. با ارتقاء و اصلاح روش های بدترین حالت و نتایج حاصل از تحلیل با معیار سنجش کیفیت تعیین شده می توان تعداد محصولاتی را که دارای شرایط کیفی مناسبی نبوده و در مرحله ی بازرسی مردود می شوند را تخمین زد.

بر اساس نتایج تحلیل طراحی مجدد تلرانس های قطعات به نحوی صورت می گیرد که خواسته های طراحی ارضا شود.

مراجع:

 [۱] – Angela Trago ,” A Comprehensive System for Modeling Variation in Mechenical Assemblies”, Ms Thesis , Department of Mechenical Engineering Brigham Young Univercity, Aprill1993

[۲] – M.R Movahhedy,S.Khodaygan,”Tolerance Analysis of Mechanical Assemblies with Asymmetric Tolerance “,SAE Technical Papers Series,CAD/CAM/CAE Technology ,2007 World Congress,Aprill 16-19-2007

[۳] – Umberto, prisco ,Giuseppe,Giorleo.”Overview of currnt CAT system” integrated computer Aided Engineering 9,2002,pp.373-387

۴- مرتضی غلامی, “تلرانس گذاری به کمک کامپیوتر بر مبنای تحلیل تلرانسی مجموعه ها ” دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف, پایان نامه دوره کارشناسی ارشد, بهمن ۱۳۸۲

۵- سعید خدایگان, “تحلیل تلرانسی مجموعه های سه بعدی ” دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف پایان نامه دوره کارشناسی ارشد شهریور ۱۳۸۵

۶- فاطمه میر بها, ” تحلیل تلرانسی روش کونت کارلو ” دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شریف,  پایان نامه دوره کارشناسی , شهریور ۱۳۸۵

مرجع تخصصی آموزش و ارائه خدمات GD&T و پرینت 3 بعدی