质擎QualEngine 交互试算 / 二维功能公差闭环(2D Stack-up)

① 录入二维尺寸环

一维叠加(R2)假设所有尺寸沿同一条装配轴;真实零件多数尺寸有方向——一个孔的位置由横/纵两段决定,一个斜筋有夹角。二维功能公差把每个尺寸当成带方向的矢量,求尺寸链闭合后间隙矢量的幅值与方向,并画出来。

下例已预填 EV-Box 支架孔位二维闭环:四段尺寸(含两段斜向 45°/135°)首尾相接,闭合间隙矢量标称约 163mm。点「计算结果」看 WC/RSS/MC 三法、矢量环图、贡献率与 Cpk。改角度与公差即可看到矢量环如何转动。

间隙功能规范(可选)

若功能要求间隙幅值落在 G_spec ± G_tol 内(如两孔真位 ⌀0.5 → G_tol=0.25),填了才会算 Cpk 与 DPMO。

单位:mm

② 选择算法

三维装配变差仿真(CETOL/3DCS)需要 CAD 几何内核,本引擎做二维矢量闭环这一层——已是 R2 一维之上质的飞跃:

极值法 WC(二维)
各分量沿间隙方向 φ 的投影半宽 = tᵢ·|cos(φ−θᵢ)|,总半宽 = Σ 投影。每个零件都按最差方向验收,最保守。
统计 RSS(二维)
先在各轴算 σ:σGx=√Σ(tᵢ·cosθᵢ/3)²,σGy=√Σ(tᵢ·sinθᵢ/3)²;再线性化到间隙幅值 σ_mag=√[(Gx/|g|)²σGx²+(Gy/|g|)²σGy²]。约比 WC 宽松 1.4~2 倍。
蒙特卡洛 MC(二维)
按各分量 N(0,(tᵢ/3)²) 沿其方向随机抽 N 次,直接得间隙幅值分布与合格概率,最接近现实。
≥ 10000 结果稳定

③ 计算结果

二维矢量闭环图

彩色段为各尺寸矢量(tip-to-tail),红色虚线段为闭合间隙矢量;椭圆为闭合点的 3σ 公差带;若设了规范,原点处的圆环为功能规范环。3σ 椭圆落在环内=可装配。

分量灵敏度与贡献率(RSS)

灵敏度 sᵢ=|cos(φ−θᵢ)|:越接近间隙方向,贡献越大。贡献率 = (tᵢ·sᵢ)² / Σ(tᵢ·sᵢ)²。

#分量θ°半宽 tsᵢ贡献率

反向公差分配(给定目标 Cpk)

设目标 Cpk,引擎按「各分量对间隙贡献相等」原则反算每个尺寸的允许半宽 tᵢ = 3σ_mag /(√n·sᵢ)(最灵敏的尺寸自动给最紧的公差)。

④ 原理与适用边界

二维矢量闭环怎么算

• 每个尺寸矢量 vᵢ=(Lᵢcosθᵢ, Lᵢsinθᵢ);闭合间隙 g = −Σvᵢ,幅值 |g| 即功能间隙,方向 φ=atan2(Gy,Gx)。
• WC:沿 φ 投影半宽 = Σ tᵢ·|cos(φ−θᵢ)|。
• RSS:σGx=√Σ(tᵢcosθᵢ/3)²、σGy=√Σ(tᵢsinθᵢ/3)²;σ_mag=√[(Gx/|g|)²σGx²+(Gy/|g|)²σGy²],3σ 半宽=3σ_mag。
• 贡献率按 (tᵢ·sᵢ)² 排序,sᵢ=|cos(φ−θᵢ)|。

反向公差分配(Enventive 简化版)

• 给定目标 Cpk 与功能半宽 G_tol:σ_mag目标 = G_tol/(3·Cpk)。
• 令各分量对间隙的贡献方差相等(sᵢtᵢ=const),得 tᵢ = 3σ_mag目标/(√n·sᵢ)。最灵敏尺寸自动收紧,最不灵敏的尺寸放宽——这正是 DFSS 公差分配的核心思想。

⚠ 边界:本引擎做二维矢量闭环,但仍不含相关分量(同一基准误用导致的相关)、不含柔性件/热胀/蠕变等时变误差,也不含三维旋转。真实图纸评审请用 PE-04 培训页 方法并配合 CMM 实测。MC 为伪随机近似,σ 取 ±3σ=tᵢ 的经典假设。
EN