使用公差分析软件CETOL 6 sigma进行公差设计实例

使用公差分析软件CETOL 6 σ进行公差分析的实例

----汽车锁具公差分析案例

针对汽车锁具Pro/E模型，采用Pro/E完全集成环境下的公差分析软件CETOL 6 σ，来做公差模型的创建，基于CETOL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。

一．锁具质量关心焦点

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。如图1所示。

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。

图 2 闭锁时的测量尺寸

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。

二. 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：

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 ，如图3

b. 在图表和高亮显示设置栏，设置如下：如图4

图3：设置公差选项 图4：图表和高亮显示设置 c． 在分析和报告栏设置如下： :

3） 设置锁具在打开和关闭时的测量尺寸如下：如图6、7所示

图5：分析和报告栏设置 图6 打开时的测量尺寸设置

图7 关闭时的测量尺寸设置

三.公差装配模拟

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CATIA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。具体装配如图8所示。

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。其装配关系如图9所示。

图8 锁具在打开状态下的装配约束关系的定义

图9 锁具在关闭状态下的装配约束关系的定义

四．零件尺寸公差和形位公差的创建

各个零件之间的装配关系定义完成后，定义各个零件的尺寸公差和形位公差，如图10、11所示。

图10 尺寸公差定义 图11 形位公差的定义

五.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。

图12 锁具求解界面

六．分析结果解释及输出报告

（1）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。

图13 理想装配下的分析结果

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，其分布如图14和图15，Claw Tip Clearance的分布图如图16所示：

图14 CableHoleX的分布图 图15 Claw Force Offset的分布图 图16 Claw Tip Clearance的分布图 （2） 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