Застосування solidworks у процесі статичного балансування   під час проєктування геометричних параметрів конструкції колінчастого вала

А. І. Гордєєв; Н. О. Костюк; В. О. Гороховський

doi:10.31471/1993-9965-2026-1(60)-61-73

Автор(и)

А. І. Гордєєв Хмельницький національний університет 29000, м. Хмельницький, вул. Інститутська,11
Н. О. Костюк Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу 76019, Івано-Франківськ, вул. Карпатська 15
В. О. Гороховський Хмельницький національний університет 29000, м. Хмельницький, вул. Інститутська,11

DOI:

https://doi.org/10.31471/1993-9965-2026-1(60)-61-73

Ключові слова:

статичне балансування, колінчастий вал, SolidWorks, SolidWorks Motion, автоматизація проєктування, CAD-моделювання, дисбаланс, центр мас, противага, геометричні параметри, макроси SolidWorks, тривимірне моделювання, інженерний аналіз, динаміка обертових систем, машинобудування, комп’ютерне моделювання, оптимізація конструкції, вібрації, проєктування колінчастих валів, балансування обертових систем.

Анотація

В роботі розглянуто вирішення актуальної науково-технічної задачі, а саме створення методології статичного балансування складних систем, що обертаються на прикладі процесу проектування конструктивних параметрів колінчастих валів із допомогою програмного продукту SolidWorks, що дає можливість прискорити процес статичного балансування ще в процесі проектування, підвищує точність процесу та зменшує час на проведення остаточних експериментальних досліджень по вибору маси та місця прикладення противаги. Запропоновано послідовність виконання дій при реалізації методології статичного балансування колінчастого валу в процесі проектування. Проведено графічну візуалізація у SolidWorks Motion траєкторії руху центральної точки діаметра корінної шийки колінчастого вала при обертанні, як не збалансованого так і збалансованого. З отриманої траєкторії руху центральної точки діаметра корінної шийки не збалансованого колінчастого вала встановлено, що биття у крайніх точках становить 0,103 мм., що говорить про необхідність встановлення противаги для усунення дисбалансу. Для підвищення точності та швидкості процесу балансування колінчастого вала в середовищі SolidWorks розроблено спеціальний макрос, який автоматизує основні етапи визначення маси та розташування противаги. Програма автоматично зчитує масові характеристики деталі, визначає зміщення центра мас відносно осі обертання, розраховує необхідну масу противаги, формує ескіз її геометрії та створює тривимірну модель противаги з передбаченими конструктивними елементами кріпленнями. Це дозволяє отримати остаточно статично збалансовану модель колінчастого вала, готову до подальшого аналізу або виготовлення.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

1. Stoyan Y. G., Yakovlev. S. V. Mathematical models and optimization methods of geometric design. Kyiv: Nauk. opinion. 1986. 268 р.

2. Stoyan Y. G., Putyatyn V. P. Location of sources of physical fields. Kyiv: Nauk. dumka, 1981. 184 p.

3. Yakovlev S. V., Gil N. I., Komyak V. M Elements of the theory of geometric design. Ed. V. L. Rvacheva. Kyiv: Nauk. dumka, 1995. 241 p.

4. The Concept of a Regional Information-Analytical System for Emergency Situations / I. Grebennik, O. Khriapkin, A. Ovezgeldyyev, V. Pisklakova, I. Urniaieva. International Conference on Information Technology in Disaster Risk. Vol. 516. Springer, Cham, 2019. P. 55–66. https://doi.org/10.1007/978-3-030-01665-4_5

5. Grebennik I. V., Romanova T. E., Shekhovtsov S. B. Decision making in information systems for solving geometric design problems. Bionics of Intelligence. 2008. №.1 (68). P. 79–83. https://doi.org/10.1007/s10559-008-9008-5

6. Combinatorial configurations in optimization problems of balanced layout / Grebennik I. V. et al. Cybernetics and Systems Analysis. 2018. Vol. 54, №.2. P. 55–67. https://doi.org/10.1007/s10559-018-0020-1

7. Balance Layout Problem for 3D-Objects: Mathematical Model and Solution Methods / Kovalenko A. A. T. E. Romanova, P. I. Stetsyuk. Cybernetics and Systems Analysis. 2015. Vol. 51, №4. P. 556–565. https://doi.org/10.1007/s10559-015-9735-0

8. Balance Layout Problems: Mathematical Modeling and Nonlinear Optimization / Yu. Stoyan, T. Romanova, A. Pankratov, A. Kovalenko, P. Stetsyuk // Space Engineering. Modeling and Optimization with Case Studies. G. Fasano and J. Pintér (Eds.). Springer, New York. 2016. Vol. 114, pp. 369–400. https://doi.org/10.1007/978-3-319-25042-5_12

9. Construction of initial points and search for local extrema of the problem of arranging 3D objects in a cylindrical region / Stoyan Yu. G. et al. Reports of the NAS of Ukraine. 2013, №.12, pp. 52–58. https://doi.org/10.1007/s10559-013-9501-0

10. Stoyan Yu., Romanova T. Mathematical Modeling of Interaction of Primary Geometric 3D Objects. Cybernetics and system analysis. 2005. Vol. 41. № 3. P. 332–342. https://doi.org/10.1007/s10559-005-0086-3

11. G. Fasano and J. Pintér. Modeling and Optimization in Space Engineering. Springer, New York, 2013. Vol. 73. P. 363–388. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4614-4469-5

12. Tools of mathematical modelling of arbitrary object packing problems / J. Bennell etc. Annals of Operations Research. Springer, Netherlands, 2010. Vol. 179. № 1. P. 343–368. https://doi.org/10.1007/s10479-010-0695-0

13. Stoyan Yu., Yaskov G. Packing unequal circles into a strip of minimal length with a jump algorithm. Optimization Letters. 2014. Vol.8(3). P. 949–970. https://doi.org/10.1007/s11590-012-0573-8

14. Stoyan Yu., Yaskov G., Scheithauer G. Packing of Various Solid Spheres into a Parallelepiped. Central European Journal of Operational Research. 2003. Vol. 11(4). P. 389–407. https://doi.org/10.1023/A:1025017422858

15. Obtaining local extremum in the problem of covering the fields by the circles of variable radii / V. М. Komyak etc. УСиМ. 2016, №2, pp. 22–27.

16. The problem of covering the fields by the circles in the task of optimization of observation points for ground video monitoring systems of forest fires / V. Komyak etc. Econtechmod an International Quarterly Journal. 2016, vol.5, №2, pp. 133–138. https://doi.org/10.2478/ectm-2016-0018

17. Mathematical methods of optimization and intelligent computer technologies for modeling complex processes and systems with the organization of spatial forms of objects / V. V. Gritsik et al. Donetsk: IPII "Science and Light". 2011. 650 p.

18. Hulianytskyi L., Malyshko S. Big Data in Information Analytical System "NEWSCAPE". In: Data Stream Mining &. Processing. Proc. IEEE First Int. Conf. on Data Stream Mining & Processing (23-27 August 2016, Lviv, Ukraine). Р. 382–386. https://doi.org/10.1109/DSMP.2016.7752038

19. Optimal clustering of a pair of irregular objects / J. A. Bennell уес. Journal of Global Optimization. 2015. № 61(3). P. 497–524. https://doi.org/10.1007/s10898-013-0127-6

20. Bennell J. A., Oliveira J. F. The geometry of packing problems: A tutorial. Europ. Journal of Oper. 2008. Vol. 184, Issue 2, pp. 397–415

21. Tools of mathematical modelling of arbitrary object packing problems / J. Bennell etc. Annals of Operations Research. Springer, Netherlands, 2010. Vol. 179. № 1. P. 343–368.

22. Sun Z., Teng H. Optimal layout design of a satellite module. Engineering optimization. 2003. № 35 (5). P. 513–530. https://doi.org/10.1080/0305215031000153735

23. Fasano G. A. Global Optimization point of view for non-standard packing problems. J. Glob. Optim. 2013 Vol. 55 (2), pp. 279–299 https://doi.org/10.1007/s10898-011-9848-1

24. G. Fasano, J. D. Model Development and Optimization for Space Engineering: Concepts, Tools, Applications, and Perspectives. Modeling and optimization in space engineering. Series: Springer optimization and its applications. 2012 Vol. 73, pp. 1–32.

25. Fasano G. MIP-based heuristic for non-standard 3D-packing problems. 4OR: Quarterly Journal of the Belgian, French and Italian Operations Research Societies. 2008. Vol. 6, Issue 3, pp. 291–310. https://doi.org/10.1007/s10479-007-0201-7

26. Fasano G., Pinter J. editors. Modeling and Optimization in Space Engineering, Dordrecht: Springer. 2013. 404 p.

27. Method for determining the position of the center of a wheeled transport vehicle at a vertical plane No. 19059, IPC B60C 23/0021. u 200500902. / Kozlinsky M. P., Denis V. V. Application. 02/01/2005. Publ. 12/15/2006, Bulletin. №.12.

28. A method for determining the position of the point in the center of the mass of a commercial vehicle. No. 63957 MPK G01M 17/00(21) u201103793 / Polyakov A. P., Grechanyuk M. S. Appl. 03/29/2011. Publ. 10/25/2011, Bulletin №.20.

29. Method of determining the position of the center of the body. No. 68193 G01B. u 2010 15512; / Pogorilets O. M., Aniskevich L. V. Application 12.23.200 Publ. 08/25/2011, Bulletin. №.16.

30. Stoyan Yu. G. Yakovlev S. V. Configuration space of geometric objects. Cybernetics and systems analysis. 54, VIP. №.5, 2018, pp. 715–722.

31. Yakovlev S. V. Method of piece expansion of space in problems of optimal packaging of geometric objects. Cybernetics and systems. Analysis. VIP. №.53(5). 2017, pp. 725–732.

32. Mathematical methods of optimization and intelligent computer technologies for modeling complex processes and systems resulting from spatial forms of objects / Gritsik V. V. et al. Donetsk: IPII "Science and Light". 2011. 650 p.

33. Combinatorial configurations in optimization problems of balanced layout / Grebennik I.V., Ta. Cybernetics and systems analysis. T. 54, №.2. 2018, pp. 55–67.

34. Balance problem of 3D object composition: Mathematical model and decoupling methods / Kovalenko A. A. and in. Cybernetics and systems analysis. 2015. VIP. 51, №.4, pp. 556–565.

35. Tools for mathematical modeling and packaging of additional problem objects. / J. Bennell, G. Ta in. Chronicles Follow-up of operations. Springer, The Netherlands, Vol. 179. №.1. 2010, pp. 343–368.

36. Wang Y. S., Shi Y. J., Teng H. F. An improved scatter search for circles packing problem with the equilibrium constraint. Chinese J Comput. № 32. 2009. №.1214–1221. DOI: 10.3724/SP. J.1016.2009.01214.

37. G. Fasano, J. D. Pinte'r (Eds.). Model Development and Optimization for Space Engineering: Concepts, Tools, Applications, and Perspectives. Modeling and optimization in space engineering. Series: Springer optimization and its applications. Vol. 73, 2012. Р. 1–32.

38. Optimization Models for the Three-Dimensional Container Loading Problem with Practical Constraints. / L. Junqueira уес. Modeling and optimization in space engineering. Series: Springer optimization and its applications. Vol. 73, 2015, рр. 271–294. Doi: 10.1007/978-1-4614-4469-5-12. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4469-5_12

39. Pavlovsky M. A. Theoretical mechanics. Textbook. K.: Technika, 2004. 512 p.

40. Deynichenko G. V., Tsvirkun L. O., Omelchenko O. V. Theoretical mechanics: a textbook. Kryvyi Rih: DonNUET, 2021. 107 p.

41. Blinov I. A. Method for determining the spatial position of the center of gravity of machines. Mechanics. Bulletin of the Almaz-Antey Concern of the East Kazakhstan Region №.2, 2019. P. 71–82.

42. Leontiev D. M. On the calculation method for determining the height coordinate of the center of gravity of typical cars. Automobile Transport, №.37, 2015. P. 101–107.

43. Gorohovsky V. O., Gordeev A. I. Application of the SOLIDWORCS software product to determine the mass, kinematic and dynamic characteristics of the motion of objects of complex volumetric geometric configuration. Bulletin of Khmelnytsky National University. Technical Sciences, №.6, (329). 2023. P. 415–420.

44. Gorohovsky V. O., Gordeev A. I. Creation of a methodology for determining the kinematic characteristics of moving objects of complex volumetric configuration. Bulletin of Khmelnytsky National University. Technical Sciences, №.4, 2024 (339). P. 482–490.

45. Gorohovsky V., Gordeev A., Kostyuk N. Research into the kinematics of motion of statically balanced special turning devices during their design in SOLIDWORKS. Herald of Khmelnytskyi National University. Technical Sciences, 353(3.2), 2025 P.329-341. https://doi.org/10.31891/2307-5732-2025-353-47