Toleranční analýza

Toleranční analýza je výpočet, který ověřuje, jak se tolerance jednotlivých rozměrů dílů skládají a ovlivňují výsledný funkční rozměr sestavy, například vůli, přesah, mezeru mezi kryty nebo souosost (anglicky tolerance analysis nebo tolerance stack-up). V české terminologii se mluví o rozměrových řetězcích: dílčí rozměry tvoří uzavřený řetězec a výsledný rozměr je jeho uzavírajícím členem.

Nejjednodušší je metoda nejhoršího případu (worst case, metoda maxima a minima). Tolerance uzavírajícího členu je součtem tolerancí všech členů řetězce, takže sestava bude funkční při jakékoli kombinaci rozměrů v tolerancích. Pět rozměrů s tolerancí ±0,1 mm dává výsledek ±0,5 mm. U dlouhých řetězců to vede k velmi přísným a drahým tolerancím dílů.

Statistická metoda RSS (odmocnina ze součtu čtverců) vychází z toho, že se všechny odchylky na krajních mezích současně prakticky nesejdou. Pro stejný příklad dává přibližně ±0,22 mm (0,1 × √5). Předpokládá ale nezávislé, přibližně normálně rozdělené a vycentrované výrobní procesy a připouští malý podíl sestav mimo toleranci. Simulace Monte Carlo náhodně generuje tisíce virtuálních sestav a zvládne i nelineární vztahy, nesymetrická rozdělení a geometrické tolerance ve 3D.

Jednoduché lineární řetězce se běžně počítají v tabulce, složitější prostorové úlohy ve specializovaném softwaru. Obrácenou úlohou je rozdělení tolerancí: z požadované přesnosti výsledného rozměru se stanoví tolerance jednotlivých dílů s ohledem na možnosti a cenu výroby.

Toleranční analýzu proveďte všude, kde o funkci rozhoduje rozměr složený z více dílů: axiální vůle ložisek a hřídelů, zdvih mechanismu, mezery a přesazení mezi pohledovými kryty, souosost otvorů pro šroub procházející několika díly, poloha konektoru vůči otvoru ve skříni nebo stlačení těsnění. Vyplatí se ještě před objednáním forem a sériových dílů, protože pozdější úprava je výrazně dražší.

Výsledek slouží i k rozhodování o ceně, protože ukáže, které tolerance lze uvolnit a které jsou skutečně kritické. Pokud potřebné přesnosti nelze dosáhnout ekonomicky, nabízí se kompenzační prvek (distanční podložky, stavěcí šroub, podélné otvory) nebo selektivní montáž.

Častou chybou je vynechat přispěvatele, kteří nejsou vidět v kótách: vůle šroubů v otvorech, geometrické tolerance (rovinnost, kolmost, poloha), tloušťku povlaku po povrchové úpravě nebo stlačení pružných dílů. U sestav z různých materiálů, například z hliníku a oceli, rozhoduje i teplotní roztažnost v provozním rozsahu teplot.

Statistickou metodu nepoužívejte bez znalosti skutečných procesů. Při malých sériích, necentrovaných procesech nebo u bezpečnostně kritických rozměrů je bezpečnější metoda nejhoršího případu, případně RSS s korekčním faktorem. Výsledky analýzy promítněte zpět do výkresů: tolerance kritických rozměrů předepište výslovně a u dodavatele ověřte, že je jeho proces stabilně dodrží (často se požaduje způsobilost Cpk alespoň 1,33).