Análisis de tolerancia

El análisis de tolerancia en el peor de los casos es el método tradicional para calcular la acumulación de tolerancias. Las variables individuales se colocan en sus límites de tolerancia para que la medición sea lo más grande o lo más pequeña posible. El modelo del peor de los casos no considera la distribución de las variables individuales, sino que estas no superen sus respectivos límites especificados. Este modelo predice la variación máxima esperada de la medición. Diseñar según los requisitos de tolerancia del peor de los casos garantiza que el 100 % de las piezas se ensamblarán y funcionarán correctamente, independientemente de la variación real del componente. El principal inconveniente es que el modelo del peor de los casos a menudo requiere tolerancias muy estrictas para los componentes individuales. El resultado obvio son procesos de fabricación e inspección costosos y/o altas tasas de desperdicio. El cliente suele exigir el cálculo de tolerancias en el peor de los casos para interfaces mecánicas críticas e interfaces de reemplazo de piezas de repuesto . Cuando el cálculo de tolerancias en el peor de los casos no es un requisito contractual, la aplicación adecuada de tolerancias estadísticas puede garantizar rendimientos de ensamblaje aceptables con tolerancias de componentes mayores y menores costos de fabricación.

El modelo de análisis de variación estadística aprovecha los principios de la estadística para flexibilizar las tolerancias de los componentes sin sacrificar la calidad. La variación de cada componente se modela como una distribución estadística, y estas distribuciones se suman para predecir la distribución de la medición del ensamblaje. De esta forma, el análisis de variación estadística predice una distribución que describe la variación del ensamblaje, no los valores extremos de dicha variación. Este modelo de análisis proporciona mayor flexibilidad de diseño, permitiendo al diseñador diseñar con cualquier nivel de calidad, no solo con el 100 %.

Existen dos métodos principales para realizar el análisis estadístico. En uno de ellos, las distribuciones esperadas se modifican de acuerdo con los multiplicadores geométricos pertinentes dentro de los límites de tolerancia y luego se combinan mediante operaciones matemáticas para obtener una distribución compuesta. Los multiplicadores geométricos se generan introduciendo pequeñas variaciones en las dimensiones nominales. La ventaja inmediata de este método es que el resultado es uniforme, pero no tiene en cuenta la desalineación geométrica permitida por las tolerancias; si una dimensión se coloca entre dos superficies paralelas, se asume que estas permanecerán paralelas, aunque la tolerancia no lo exija. Dado que el motor CAD realiza el análisis de sensibilidad a la variación, no se dispone de resultados para alimentar programas secundarios como el análisis de tensiones.

En el otro método, las variaciones se simulan permitiendo cambios aleatorios en la geometría, restringidos por distribuciones esperadas dentro de tolerancias permitidas con las piezas resultantes ensambladas, y luego se registran mediciones de puntos críticos como si fuera en un entorno de fabricación real. Los datos recopilados se analizan para encontrar un ajuste con una distribución conocida y se derivan de ella la media y la desviación estándar. El valor inmediato de este método es que el resultado representa lo que es aceptable, incluso cuando proviene de una geometría imperfecta y, dado que utiliza datos registrados para realizar su análisis, es posible incluir datos reales de inspección de fábrica en el análisis para ver el efecto de los cambios propuestos en datos reales. Además, como el motor para el análisis realiza la variación internamente, no basándose en la regeneración CAD, es posible vincular el resultado del motor de variación a otro programa. Por ejemplo, una barra rectangular puede variar en ancho y espesor; el motor de variación podría enviar esos valores a un programa de tensión que devuelve la tensión máxima como resultado y la variación dimensional se puede utilizar para determinar posibles variaciones de tensión. La desventaja es que cada ejecución es única, por lo que habrá variación de un análisis a otro para la distribución de salida y la media, tal como ocurriría en una fábrica.

Aunque no existe una norma de ingeniería oficial que regule el proceso o el formato del análisis de tolerancias y la acumulación de tolerancias, estos son componentes esenciales para un buen diseño de producto . La acumulación de tolerancias debe utilizarse como parte del proceso de diseño mecánico, tanto como herramienta predictiva como de resolución de problemas. Los métodos empleados para realizar una acumulación de tolerancias dependen en cierta medida de las normas de dimensionamiento y tolerancias de ingeniería a las que se hace referencia en la documentación técnica, como la ASME Y14.5, la ASME Y14.41 o las normas ISO de dimensionamiento y tolerancias pertinentes. Comprender las tolerancias, los conceptos y los límites establecidos por estas normas es fundamental para realizar cálculos precisos.

Las tablas de tolerancias ayudan a los ingenieros de la siguiente manera:

• Ayudarles a estudiar las relaciones dimensionales dentro de un conjunto.
• Proporcionar a los diseñadores un medio para calcular las tolerancias de las piezas.
• Ayudar a los ingenieros a comparar propuestas de diseño.
• Ayudar a los diseñadores a producir dibujos completos