SOLIDWORKS TolAnalys的工程价值

在SOLIDWORKS中，有很多设计评估工具，被人熟知自然就是结构、流体仿真分析，装配动画，运动干涉分析等，可SOLIDWORKS也有很多大家不熟知的评估工具，例如SOLIDWORKS有成本核算工具Costing；针对材料环保，SOLIDWORKS有Sustainability。而TolAnalys是一种公差分析工具，用于研究公差和装配体方法对一个装配体的尺寸累计所产生的影响。这里将借用一个简易定向轮的公差分析向大家展现TolAnalys在设计中如何展现其价值。

在设计中公差的确定很重要，但我们不能仅仅只是凭借经验进行公差设计，这里为了让零部件能更好的完成装配任务，产品能更加良好的运作，我们需要对产品相关的尺寸链进行计算。
1.尺寸链计算的任务
用尺寸链原理解决生成实际问题，分为两类情况：
（1）公差设计计算 已知封闭环，求解各组组成环。这种情况亦称为反计算，主要用于产品设计、零件加工和装配工艺计算中。在计算过程中，将已知的封闭环公差合理地分配给组成环。因为已知一个封闭环公差，需分配给多个组成环，属于不定解，因此在分配时要考虑多个因素合理地进行分配。在公差设计计算中也常遇到已知封闭环和部分组成环的公差，求解其余组成环公差，一般称为中间计算。
（2）公差校核计算 已知组成环，求解封闭环。这种情况亦称为正计算，主要用于校核封闭环的公差和极限偏差，其计算所得的解是唯一的。工艺人员经常利用公差校核计算来验证产品设计人员确定的相关零件设计尺寸、公差及极限偏差的正确性，和装配方法选择的合理性。

2.尺寸链公差的计算方法
尺寸链公差和极限偏差计算有两种方法：极值法和统计法（亦称概率法），而在SOLIDWORKS的TolAnalys同时采用了这两种方式，来确定最糟情形最小值或最大值关系，简单介绍这两个方法：
（1）极值法：用于计算差异的最差值，将公差宽度作为变化的上下限。

（2）统计法：利用方差的加法性来预测统计变化的宽度。

1、RSS即统计平方公差法(Root-Sum-Squares)

2、SOLIDWORKS的TolAnalys采用的是正态分布的统计法
对于哪种计算方法，您需要了解计算方法的特征，并根据情况（如产品配置和使用环境）做出决策。
例如，如果因变化而导致的产品缺陷与生命危险有关，则质量维护优先于成本，因此，在最坏的情况下，可能会进行评估。另一方面，如果生产数量非常多，并且严格的质量控制导致生产成本与产品价格不一致，则可以根据一定缺陷产品的发生进行统计计算。根据您要优先考虑的内容，您可以决定使用哪种方法进行评估。

3、TolAnalys实例：使公差的设定对装配更合理

这里我们将拿此定向轮分析为了让底座和轴座的装配合理，底座开孔的位置度公差已经确定，那轴座开∅11的孔是否合理，应定下何样的公差？（注：零件的DimXpert是一组工具，这些工具可依据 ASME Y14.41-2003 和 ISO 16792:2006 标准的要求对零件应用尺寸和公差。然后，您可以在TolAnalyst 中使用公差对装配体进行堆栈分析，或在下游 CAM、其它公差分析或测量应用程序中进行分析。）
第一：对各个零部件用DimXpert设定必要尺寸及公差。按照公司加工设备，内部的设计公差表格，对各个零部件的模型进行公差尺寸定义：

第二：明确装配顺序。其目的是为了后续设置提供理论依据，理清尺寸链。

第三：设置相关参数

1_开始算例

明确我们的目的，即要校核的是两个轴座开孔大小和底座开孔的位置度，算例计算的内容就应该是两个轴座开孔的X向距离。
以轴座1-轴套1-轴（滚轮）-轴套2-轴座2顺序装配好就已经确定了两个轴座开孔的X向的位置，理论值应该是105mm，而由于各个零部件都有自己的加工尺寸公差，这将导致两个轴座开孔的X向距离因装配产生了叠加公差。

2_定义测量项

3_定义装配顺序

定义装配体的约束很重要，这个过程也是模拟了实际装配的逻辑性，所以约束选择顺序会影响到分析结果。在装配体约束的程序管理器中，solidworks自动将轴座1的约束设置为固定，此时我们要对轴套1，轴，轴套2，轴座2进行约束定义。

4.1_定义轴座1与轴套1的约束关系

分析：定义B1的同轴心为第一约束，P2的重合为第二约束，如此设定的原因是因为装配的过程是轴套的外壁圆与轴座镗孔同轴心配合，压入轴套，使得轴套凸缘平面与轴座平面相接触。而B1指的就是上述的同心轴配合，而P2指的是上述两平面重合。而SH1指的是轴套镗孔与轴座镗孔同轴心配合，不符合装配逻辑。因此SH1不做约束条件。

4.2_定义轴套1与轴的约束关系

分析：三个同心轴约束中我们要选择约束的同心轴应该是轴与轴套1的镗孔，选择的重合约束应是轴的凸缘平面与轴套1平面。

4.3_定义轴与轴套2的约束关系

分析：两个同心轴约束中我们要选择约束的同心轴应该是轴与轴套2的镗孔，选择的重合约束应是轴的凸缘平面与轴套2平面。

4.4_定义轴座2与轴套2的约束关系

分析：两个同心轴约束中我们要选择约束的同心轴应该是轴套2的外壁圆和轴座2的镗孔，选择的重合约束应是轴套2的凸缘平面与轴座2的平面。

5_得到结果

TolAnalyst可以自动计算得到影响到测量值的零件尺寸和公差，这与尺寸链的理论基础相符合：A1是轴套的凸台尺寸5±0.2，A2是轴的尺寸40±0.2，A3是另一侧轴套的凸台尺寸5±0.2，A0就是我们要计算的封闭环。

分析：两个轴座装配X距离是105mm，以极值法算出来的公差带是±0.6mm，而RSS算出来的公差带是±0.346mm。为了让装配更顺利，放低加工要求，我们以极值法的公差带为基础分析轴座套的孔如何设定公差。

在最糟的情况下，要让底座的M10螺纹孔与轴座∅11过孔都能装配，则轴座开的最小孔大小应为：
1.根据底座M10的螺纹孔的位置度公差0.25，螺纹孔位置出现最糟的情况，则对应的轴座过孔的最小孔直径应为10+0.25=10.25mm
2.在上述发生情况下，装配发生的叠加公差也是最糟情况，即过孔相对于理论值偏离了0.6mm，此时只要让孔扩大至10.25+0.6=10.85mm就可以让底座螺纹孔和轴座过孔在最糟的情况下依然完成装配。
根据计算得到最小的过孔大小是10.85mm，这样就可以为11的过孔设置一个±0.15mm的公差带，同时设置一个遵守最大实体原则的0mm位置度公差。

（注：Ⓜ最大实体要求（MMC）是相关要求中的一种，既可以应用于被测要素，也可以应用于基准中心要素。这是一个按最大实体原则的位置度公差。大致意思是，当孔处于最小是，即最大实体状态，其位置度为零，当孔的尺寸不是在最大实体时，位置度的公差可由孔的实际偏差来补偿。）

结语：我们用一个简单的实例，展现了TolAnalyst的实际用途，solidworks的TolAnalyst分析工具让我们所设计的公差不再是经验之谈，而是有依据的。TolAnalyst工具涉及了尺寸链，公差，轮廓度等理论知识，此工具就结合理论知识解决了实际问题。