التفاوتات الهندسية

الموسوعة الحرة
مثال لجدول التفاوتات وفقًا للمعيار DIN ISO 2768-2. هذا مجرد مثال واحد للتفاوتات الخطية لقيمة 100 مم. هذا مجرد واحد من النطاقات الثمانية المحددة (30-120  مم).

التفاوت الهندسي هو الحد المسموح به أو حدود التباين في:

  1. بُعد مادي ؛
  2. قيمة مقاسة أو خاصية فيزيائية لمادة أو شيء مصنّع أو نظام أو خدمة؛
  3. القيم المقاسة الأخرى (مثل درجة الحرارة والرطوبة وما إلى ذلك)؛
  4. في الهندسة والسلامة ، مسافة أو مساحة مادية (التسامح)، كما هو الحال في الشاحنة أو القطار أو القارب تحت الجسر وكذلك القطار في النفق (انظر مقياس الهيكل ومقياس التحميل )؛
  5. في الهندسة الميكانيكية ، المسافة بين البرغي والصامولة أو الثقب، إلخ .

قد يكون للأبعاد أو الخصائص أو الظروف بعض الاختلاف دون التأثير بشكل كبير على أداء الأنظمة أو الآلات أو الهياكل، وما إلى ذلك. ويُقال إن أي اختلاف يتجاوز التسامح (على سبيل المثال، درجة حرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا) غير متوافق أو مرفوض أو يتجاوز التسامح.

اعتبارات عند تحديد التفاوتات

يتمثل أحد الشواغل الرئيسية في تحديد مدى التفاوتات المسموح بها دون التأثير على العوامل الأخرى أو على نتائج العملية. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام المبادئ العلمية والمعرفة الهندسية والخبرة المهنية. يُعد البحث التجريبي مفيدًا للغاية لدراسة تأثيرات التفاوتات، وذلك من خلال تصميم التجارب والتقييمات الهندسية الرسمية، وغيرها.

إنّ وجود مجموعة جيدة من التفاوتات الهندسية في المواصفات ، بحد ذاته، لا يضمن الالتزام التام بهذه التفاوتات. فعملية إنتاج أي منتج (أو تشغيل أي نظام) تتضمن تباينًا متأصلًا في المدخلات والمخرجات. كما أن أخطاء القياس وعدم اليقين الإحصائي واردة في جميع القياسات. في حالة التوزيع الطبيعي ، قد تمتد أطراف القيم المقاسة إلى ما هو أبعد من ثلاثة انحرافات معيارية زائد وناقص عن متوسط ​​العملية. وقد تمتد أجزاء كبيرة من أحد طرفي التوزيع (أو كليهما) إلى ما هو أبعد من التفاوت المحدد.

يجب أن تتوافق قدرة العمليات للأنظمة والمواد والمنتجات مع التفاوتات الهندسية المحددة. يجب تطبيق ضوابط العمليات ، كما يجب أن يضمن نظام إدارة الجودة الفعال ، مثل إدارة الجودة الشاملة ، استمرار الإنتاج الفعلي ضمن التفاوتات المطلوبة. يُستخدم مؤشر قدرة العملية لتوضيح العلاقة بين التفاوتات والإنتاج الفعلي المقاس.

يتأثر اختيار التفاوتات المسموح بها أيضًا بخطة المعاينة الإحصائية المُعتمدة وخصائصها، مثل مستوى الجودة المقبول. ويتعلق هذا بمسألة ما إذا كان يجب أن تكون التفاوتات المسموح بها صارمة للغاية (ثقة عالية في المطابقة بنسبة 100%)، أو ما إذا كان من المقبول أحيانًا وجود نسبة ضئيلة من عدم المطابقة.

منظور بديل للتفاوتات

اقترح جينيتشي تاغوتشي وآخرون أن التفاوتات التقليدية ثنائية الجوانب تُشبه "مرمي كرة القدم " : فهي تعني أن جميع البيانات ضمن هذه التفاوتات مقبولة على حد سواء. أما البديل فهو أن أفضل منتج يتميز بقياس دقيق للغاية. هناك خسارة متزايدة تتناسب مع الانحراف أو التباين عن القيمة المستهدفة لأي مُعامل تصميم. فكلما زاد الانحراف عن القيمة المستهدفة، زادت الخسارة. يُعرف هذا بدالة خسارة تاغوتشي أو دالة خسارة الجودة ، وهو المبدأ الأساسي لنظام بديل يُسمى التفاوتات بالقصور الذاتي .

أسفرت أعمال البحث والتطوير التي أجراها السيد بيليه وزملاؤه [ 1 ] في جامعة سافوي عن اعتمادها في قطاعات صناعية محددة. [ 2 ] وقد أتاح نشر المعيار الفرنسي NFX 04-008 مؤخرًا مزيدًا من الدراسة من قبل مجتمع التصنيع.

التفاوت المسموح به للمكونات الميكانيكية

ملخص للأحجام الأساسية والانحرافات الجوهرية ودرجات تكنولوجيا المعلومات مقارنةً بالأحجام الدنيا والقصوى للعمود والثقب

التفاوتات البُعدية مرتبطة بمفهوم التوافق في الهندسة الميكانيكية، ولكنها تختلف عنه، حيث يُمثل التوافق خلوصًا أو تداخلًا مُصممًا مسبقًا بين جزأين. تُحدد التفاوتات للأجزاء لأغراض التصنيع، كحدود للجودة المقبولة. لا تستطيع أي آلة الحفاظ على الأبعاد بدقة تامة وفقًا للقيمة الاسمية، لذا يجب أن تكون هناك درجات مقبولة من التباين. إذا تم تصنيع جزء بأبعاد خارج نطاق التفاوتات، فإنه لا يُعد جزءًا صالحًا للاستخدام وفقًا للغرض التصميمي. يمكن تطبيق التفاوتات على أي بُعد. ومن المصطلحات الشائعة الاستخدام:

الحجم الأساسي
القطر الاسمي للعمود (أو البرغي) والثقب. وهذا، بشكل عام، يكون متطابقاً لكلا المكونين.
انحراف أقل
الفرق بين الحد الأدنى لحجم المكون والحجم الأساسي.
الانحراف الأعلى
الفرق بين الحد الأقصى لحجم المكون الممكن والحجم الأساسي.
الانحراف الأساسي
الحد الأدنى للاختلاف في الحجم بين المكون والحجم الأساسي.

هذا يُطابق الانحراف العلوي للأعمدة والانحراف السفلي للثقوب. [ 3 ] إذا كان الانحراف الأساسي أكبر من الصفر، فسيكون البرغي دائمًا أصغر من الحجم الأساسي، وسيكون الثقب دائمًا أوسع. الانحراف الأساسي هو شكل من أشكال السماحية ، وليس التفاوت المسموح به.

درجة التسامح الدولية
هذا مقياس معياري لأقصى فرق في الحجم بين المكون والحجم الأساسي (انظر أدناه).

على سبيل المثال، إذا كان من المقرر أن ينزلق عمود بقطر اسمي 10 مم داخل ثقب، فقد يُحدد نطاق التفاوت المسموح به للعمود من 9.964 إلى 10 مم (أي انحراف أساسي صفري، وانحراف أدنى قدره 0.036 مم)، بينما يُحدد نطاق التفاوت المسموح به للثقب من 10.04 مم إلى 10.076 مم ( انحراف أساسي 0.04 مم وانحراف أعلى 0.076 مم). يوفر هذا خلوصًا مناسبًا يتراوح بين 0.04 مم (أكبر عمود مع أصغر ثقب، ويُسمى هذا الشرط أقصى سماكة للمادة - MMC) و0.112 مم (أصغر عمود مع أكبر ثقب، ويُسمى هذا الشرط أقل سماكة للمادة - LMC). في هذه الحالة، يُختار حجم نطاق التفاوت المسموح به لكل من العمود والثقب متساويًا (0.036 مم)، مما يعني أن كلا المكونين لهما نفس درجة التفاوت الدولي، ولكن هذا ليس شرطًا دائمًا.          

عندما لا يتم توفير أي تفاوتات أخرى، تستخدم صناعة التشغيل الآلي التفاوتات القياسية التالية : [ 4 ] [ 5 ]

منزلة عشرية واحدة(.x):±0.2"
منزلتان عشريتان(.0x):±0.01"
3 منازل عشرية(0.00x):±0.005"
4 منازل عشرية(0.000x):±0.0005"
تم تحديد الحدود والملاءمات في عام 1980، وهي لا تتوافق مع معايير التفاوت الحالية لمنظمة ISO

درجات التسامح الدولية

عند تصميم المكونات الميكانيكية، يُستخدم غالبًا نظام التفاوتات المعيارية المعروف باسم درجات التفاوت الدولية . تُقسم التفاوتات القياسية (الحجمية) إلى فئتين: الثقوب والأعمدة. ويُرمز لكل منهما بحرف (كبير للثقوب وصغير للأعمدة) ورقم. على سبيل المثال: H7 (ثقب، أو ثقب ملولب ، أو صامولة ) و h7 (عمود أو برغي). يُعدّ التفاوت H7/h6 معيارًا شائعًا جدًا يُتيح تركيبًا محكمًا. تعمل هذه التفاوتات بحيث يعني H7 للثقب أنه يجب أن يكون الثقب أكبر قليلًا من البُعد الأساسي (في هذه الحالة، بالنسبة لتركيب ISO، يكون التفاوت 10 + 0.015 - 0، أي أنه قد يكون  أكبر من البُعد الأساسي بمقدار يصل إلى 0.015 مم،  وأصغر منه بمقدار 0 مم). يعتمد مقدار الزيادة/النقصان الفعلي على البُعد الأساسي. بالنسبة لعمود بنفس الحجم، فإن h6 تعني 10+0−0.009، مما يعني أن العمود قد يكون أصغر بمقدار 0.009  مم من البعد الأساسي  وأكبر بمقدار 0 مم. تُعرف هذه الطريقة للتفاوتات القياسية أيضًا باسم "الحدود والملاءمة" ويمكن الاطلاع عليها في المواصفة القياسية ISO 286-1:2010 (رابط إلى كتالوج ISO) .

يلخص الجدول أدناه درجات التسامح الدولي (IT) والتطبيقات العامة لهذه الدرجات:

 أدوات القياسمادة 
تكنولوجيا المعلومات01012345678910111213141516
 يناسبتفاوتات تصنيعية كبيرة

كما أن تحليل التوافق عن طريق التداخل الإحصائي مفيد للغاية: فهو يشير إلى تكرار (أو احتمال) توافق الأجزاء معًا بشكل صحيح.

التفاوت المسموح به للمكونات الكهربائية

قد تتطلب المواصفات الكهربائية مقاومة بقيمة اسمية 100 أوم ، مع تحديد هامش خطأ مثل "±1%". هذا يعني أن أي مقاومة بقيمة تتراوح بين 99 و101  أوم مقبولة. أما بالنسبة للمكونات الحساسة، فقد يُشترط أن تبقى المقاومة الفعلية ضمن هامش الخطأ المسموح به ضمن نطاق درجة حرارة محدد، وخلال فترة زمنية محددة، وما إلى ذلك.

تُعلّم العديد من المقاومات والمكثفات التجارية من الأنواع القياسية، وبعض المحاثات الصغيرة، بأشرطة ملونة للدلالة على قيمتها ونسبة التفاوت المسموح بها. أما المكونات عالية الدقة ذات القيم غير القياسية، فقد تحمل معلومات رقمية مطبوعة عليها .

يعني التفاوت المنخفض انحرافًا طفيفًا فقط عن القيمة المحددة للمكون، عندما يكون جديدًا، في ظل ظروف التشغيل العادية ودرجة حرارة الغرفة. أما التفاوت الأعلى فيعني أن للمكون نطاقًا أوسع من القيم الممكنة.

الفرق بين السماحية والتسامح

كثيراً ما يُخلط بين المصطلحين، ولكن في بعض الأحيان يُحافظ على التمييز بينهما. انظر: السماحية (الهندسة) §  الخلط بين المفاهيم الهندسية للسماحية والتفاوت .

التخليص (الهندسة المدنية)

في الهندسة المدنية ، يشير مصطلح الخلوص إلى الفرق بين مقياس التحميل ومقياس الهيكل في حالة عربات السكك الحديدية أو الترام ، أو الفرق بين حجم أي مركبة وعرض/ارتفاع الأبواب، أو عرض/ارتفاع جسر علوي، أو قطر نفق ، بالإضافة إلى ارتفاع الهواء أسفل الجسر ، أو عرض القفل ، أو قطر نفق في حالة المراكب المائية . كما يوجد أيضًا الفرق بين الغاطس العميق وقاع المجرى المائي أو قاع البحر .

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ Pillet M., Adragna PA., Germain F., Inertial Tolerancing: "The Sorting Problem", Journal of Machine Engineering : Manufacturing Accuracy Increasing Problems, optimization, Vol. 6, No 1, 2006, pp. 95-102.
  2. ↑ "أطروحة حول مراقبة الجودة والتفاوتات الناتجة عن القصور الذاتي في صناعة الساعات، باللغة الفرنسية" (ملف PDF) . مؤرشفة من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2011-07-06 . تم الاطلاع عليها بتاريخ 2009-11-29 .
  3. ↑ سي. براون، والتر؛ ك. براون، رايان (2011). القراءة المطبوعة للصناعة، الطبعة العاشرة . شركة جودهارت-ويلكوكس، ص 37. ISBN  978-1-63126-051-3.
  4. ↑ تم اقتباس الأرقام العشرية 2 و3 و4 من الصفحة 29 من كتاب "ممارسات أدوات الآلات"، الطبعة السادسة، من تأليف RR؛ Kibbe، JE؛ Neely، RO؛ Meyer وWT؛ White، ISBN 0-13-270232-0الطبعة الثانية، حقوق الطبع والنشر محفوظة لدار برنتيس هول للأعوام 1999، 1995، 1991، 1987، 1982 و1979. (جميع المنازل الأربعة، بما في ذلك المنزلة العشرية الوحيدة، معروفة في هذا المجال، على الرغم من عدم العثور على مرجع للمنزلة الواحدة).
  5. ↑ وفقًا لكريس مكولي، رئيس تحرير دليل الآلات الصادر عن دار النشر الصناعية : فإن التفاوت القياسي "... لا يبدو أنه وارد في أي من الطبعات الحديثة (24-28) من دليل الآلات ، على الرغم من أن هذه التفاوتات ربما ذُكرت في مكان ما في إحدى الطبعات القديمة العديدة من الدليل. " (24/4/2009 8:47 صباحًا)

للمزيد من القراءة

  • بيزديك، ت، "دليل هندسة الجودة"، 2003، رقم ISBN 0-8247-4614-7
  • جودفري، أ.ب.، "دليل جوران للجودة"، 1999، رقم ISBN 0-0703-4003-X
  • الممارسة القياسية ASTM D4356 لتحديد التفاوتات المتسقة لطريقة الاختبار