El análisis de tolerancia es el término general para las actividades relacionadas con el estudio de la variación acumulada en piezas y ensamblajes mecánicos. Sus métodos pueden utilizarse en otros tipos de sistemas sujetos a variación acumulada, como los sistemas mecánicos y eléctricos. Los ingenieros analizan las tolerancias con el fin de evaluar las tolerancias y las dimensiones geométricas (GD&T). Los métodos incluyen pilas de tolerancia 2D, simulaciones Monte Carlo 3D y conversiones de datum.
Las acumulaciones de tolerancia o las pilas de tolerancia se utilizan para describir el proceso de resolución de problemas en la ingeniería mecánica de calcular los efectos de la variación acumulada permitida por las dimensiones y tolerancias especificadas.. Por lo general, estas dimensiones y tolerancias se especifican en un dibujo de ingeniería. Las acumulaciones de tolerancias aritméticas utilizan los valores máximos o mínimos de cotas y tolerancias en el peor de los casos para calcular la distancia máxima y mínima (holgura o interferencia) entre dos características o piezas. Las acumulaciones de tolerancia estadística evalúan los valores máximos y mínimos en función del cálculo aritmético absoluto combinado con algún método para establecer la probabilidad de obtener los valores máximos y mínimos, como los métodos Root Sum Square (RSS) o Monte-Carlo.
Al realizar un análisis de tolerancia, existen dos herramientas de análisis fundamentalmente diferentes para predecir la variación de la acumulación: el análisis del peor de los casos y el análisis estadístico.
El análisis de tolerancia en el peor de los casos es el tipo tradicional de cálculo de acumulación de tolerancia. Las variables individuales se colocan en sus límites de tolerancia para que la medición sea lo más grande o pequeña posible. El modelo del peor de los casos no considera la distribución de las variables individuales, sino que esas variables no superan sus respectivos límites especificados. Este modelo predice la máxima variación esperada de la medida. Diseñar con 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 de componentes individuales muy estrictas. El resultado obvio son procesos costosos de fabricación e inspección y/o altas tasas de desechos. El cliente a menudo requiere la tolerancia en el peor de los casos para las interfaces mecánicas críticas y las interfaces de reemplazo de piezas de repuesto. Cuando la tolerancia en el peor de los casos no es un requisito del contrato, la tolerancia estadística aplicada correctamente puede garantizar rendimientos de ensamblaje aceptables con mayores tolerancias de los componentes y menores costos de fabricación.
El modelo de análisis de variación estadística aprovecha los principios de las estadísticas para relajar 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 medida del ensamblaje. Por lo tanto, el análisis de variación estadística predice una distribución que describe la variación del conjunto, no los valores extremos de esa variación. Este modelo de análisis proporciona una mayor flexibilidad de diseño al permitir que el diseñador diseñe con cualquier nivel de calidad, no solo al 100 por ciento.
Hay dos métodos principales para realizar el análisis estadístico. En uno, las distribuciones esperadas se modifican de acuerdo con los multiplicadores geométricos relevantes dentro de los límites de tolerancia y luego se combinan mediante operaciones matemáticas para proporcionar una composición de las distribuciones. Los multiplicadores geométricos se generan haciendo pequeños deltas a las dimensiones nominales. El valor inmediato de este método es que la salida es uniforme, pero no tiene en cuenta la desalineación geométrica permitida por las tolerancias; si se coloca una dimensión de tamaño entre dos superficies paralelas, se supone que las superficies permanecerán paralelas, aunque la tolerancia no lo requiera. Debido a que el motor CAD realiza el análisis de sensibilidad a la variación, no hay salida disponible para impulsar programas secundarios como el análisis de tensión.