In het artikel ‘stappenplan tolerantieanalyse‘, is in het kort samengevat welke stappen je doorloopt om tot een goede tolerantieanalyse te komen. In de daarna volgende artikelen is ingegaan op de wijze van optellen van toleranties. Veel aandacht ging daarbij naar de statistiek van maatafwijkingen van geproduceerde onderdelen en hoe daarmee om te gaan. Ook de tolerantieanalyse met Cpk-eisen is besproken. Een belangrijk en vaak ook moeilijk deel is daarbij wel heel erg kort aan bod gekomen: het opstellen van de tolerantieketen.
Het opstellen van de tolerantieketen
Het opstellen van de tolerantieketen wordt vaak gezien als een van de moeilijkste onderdelen van tolerantieanalyse. Vooral bij complexe, driedimensionale constructies kan het wel eens lastig zijn om de feitelijke ‘route’ van de tolerantieketen te zien en te beschrijven. En die keten heb je juist nodig om alle onderdelen die in de analyse van belang zijn te benoemen. Ook mechanische (of softwarematige) afstellingen in het assemblageproces kunnen de analyse ingewikkeld maken.
Aan de hand van een voorbeeld wordt het opstellen van de keten besproken en worden er tips & trucs gegeven.
Zonder ‘kritische maat’ geen tolerantieketen
Zonder een ‘kritische maat’ kun je geen tolerantieketen opstellen. Maar wat is die kritische maat eigenlijk? Kort gezegd is dat een (of de) specificatie. En wel de specificatie waarvan je de invloed van toleranties wilt bepalen. Stap 1 in je tolerantieanalyse is het bepalen van die specificatie/kritische maat.
De specificatie kan van alles zijn. De ene keer is de specificatie een nauwkeurigheid: denk aan de beeldchip in een (digitale) camera t.o.v. de lens (of lenzensysteem). De andere keer is het de vraag of iets past of niet. Of de vraag of een slede of (lineaire) motor voldoende bereik heeft. Of bijvoorbeeld bij een samenstelling met draaiende delen, of de ‘slag’ niet te groot is.
Soms is er maar één kritische maat in de samenstelling, maar vaak zijn er meerdere. Elke kritische maat heeft z’n eigen tolerantieketen. En z’n eigen tolerantieanalyse.
Verschillende machinetoestanden
Stap 2 in je analyse is het beschrijven in welke (machine) toestand de specificatie geldt. Soms is er een andere specificatie voor de toestand vóór een afstelling en ná een afstelling. Of zijn er verschillende gebruikstoestanden (druk, temperatuur, beweging, krachten, et cetera). Denk bijvoorbeeld aan een robot, waarvan de positie met lage snelheid gekalibreerd wordt, maar op hoge snelheid gaat werken.
Maak een versimpelde schets van de samenstelling
Stap 3. Heb je eenmaal een eenduidige definitie van de kritische maat, dan maak je een simpele schets van de constructie. Als je uitgaat van je samenstellingstekening in CAD dan kan dat wel eens zo complex zijn dat je door de bomen het bos niet meer ziet. Het liefst maak je je schets met zoiets als PowerPoint, zodat je de constructie aan iedere geïnteresseerde kunt uitleggen. Het gaat om de essentie van de samenstelling.
Als je die schets eenmaal hebt, dan heb je (hopelijk) alle onderdelen die in je keten thuis horen. Dan begint het puzzelen om de bijbehorende keten te vinden. Dat kan soms best ingewikkeld zijn. Hou het doel voor ogen: je wilt een juiste (correcte) tolerantieketen opstellen en je wilt er het liefst niet zo lang over doen. Hoe je aan de keten komt is feitelijk niet van belang. Elke methode is geoorloofd.
Hier is een simpele schets van een constructie waar de rubber pakking met een voorgeschreven spanning gemonteerd dient te zijn. In dit (eerste) ontwerp wordt de moer aangedraaid totdat de moer aanligt tegen het deel van de bout met een grotere diameter.
Nu kun je hierin de kritische maat tekenen. Omdat de spanning op de pakking is voorgeschreven, is dat je specificatie en dus je kritische maat. Je analyse gaat er dan natuurlijk om, om de invloed van toleranties op de pakking-spanning te beoordelen. De gekozen constructie zorgt voor een nominale indrukking en de toleranties veroorzaken een variatie op die indrukking. Via de eigenschappen van het pakkingmateriaal kun je dan de aandrukspanning berekenen.
De kritische maat K in je schets ziet er dan zo uit:
Per onderdeel is er maar één maat in de keten
Nu je de kritische maat hebt, is stap 4 het maken van de keten, de ‘route’ door de constructie. Dat is in dit voorbeeld niet al te moeilijk. Elk onderdeel heeft altijd twee interfaces in je tolerantieketen. En tussen die twee interfaces kun je een maatlijn tekenen (hopelijk staat die er al) met een bijbehorende tolerantie.
Vaak begin je aan één van beide kanten van de kritische maat/specificatie en bedenk je welke maat in het onderdeel je kritische maat (specificatie) beïnvloedt. Die maat hoeft niet per se op tekening te staan (maar hopelijk wel). En die maat moet een interface hebben met een volgend onderdeel in je tolerantieketen.
In dit voorbeeld zal duidelijk zijn dat de volgende onderdelen invloed hebben:
- dikte van de (ongespannen) pakking;
- dikte van de ring;
- lengte van de bout;
- dikte van het huis.
Tolerantieketen is altijd gesloten
Een correcte tolerantieketen is altijd gesloten. Dat wil zeggen dat er een eenduidige route is van de ‘ene kant’ van de specificatie naar de ‘andere kant’ van de specificatie. Als er meerdere routes mogelijk zijn, dan is de constructie overbepaald of er klopt iets niet in je keten.
Als er een ‘gat’ in je tolerantieketen zit, dan ontbreken er één of meerdere onderdelen. Soms lijkt er wel een een gat in je keten te zitten omdat de onderdelen elkaar niet raken. Maar dan kan de keten toch gesloten zijn omdat er een mechanisme is dat de grootte van dat gat bepaald. Denk bijvoorbeeld aan de luchtspleet van een luchtlager.
In de volgende figuur zie je de totale keten getekend. De onderdeelmaten die belangrijk zijn, hebben een code:
- P = dikte van de (ongespannen) pakking;
- R = dikte van de ring;
- B = lengte van de bout;
- H = dikte van het huis.
Extra bijdragen
Stap 5 is het toevoegen van bijdragen die je niet direct op tekening zult terugvinden maar die wel de kritische maat beïnvloeden. Denk aan bijvoorbeeld:
- Trillingen. Bijvoorbeeld de trillingen van een robotarm;
- Temperatuureffecten zoals uitzetting;
- Vervormingen door bijvoorbeeld krachten of door het verstrijken van de tijd (bij kunststoffen).
De regel is dat alles dat invloed heeft op de kritische maat moet uiteindelijk in je tolerantietabel terecht komen.
Vullen van de tolerantietabel
Het enige dat nu nog rest is, stap 6, het invullen van een tabel met de nominale maten en de bijbehorende toleranties. En daarna alles optellen. Het spreadsheet TolStackUp is daarbij een fijn hulpmiddel. Hierin zijn alle formules al aanwezig zodat je ook snel de statistische optellingen ziet.
