Нормативные, правовые и технические основы разработки и применения динамических методов и средств контроля двигателей и приводов вращательного действия

 

 
 
 
 
 
 
 

А. В. ЕГОРОВ, А. А. СПИРИДОНОВ 

 
 
 
 

НОРМАТИВНЫЕ, ПРАВОВЫЕ  

И ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ  

И ПРИМЕНЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 

И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ  

И ПРИВОДОВ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ 

 

Монография 

 
 

 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2020 

 

УДК 681.2 
ББК 34.445 

 Е 30 

 

Рецензенты 

председатель Совета директоров АО «Объединенная судостроительная 

корпорация» Г. С. Полтавченко; 

генеральный директор АО «Объединенная двигателестроительная 

корпорация» А. В. Артюхов; 

член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук,  

профессор Д. В. Иванов 

 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 
 
 

Егоров, А. В. 

E 30  
Нормативные, правовые и технические основы разработки и 

применения динамических методов и средств контроля двигателей и приводов вращательного действия: монография / А. В. Егоров, А. А. Спиридонов. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2020. – 132 с. 
ISBN 978-5-8158-2202-3 

 

Изложен авторский подход к технико-правовым основам разработки и 

применения динамических методов и средств контроля механических параметров двигателей и приводов вращательного действия. 

Для специалистов и научных работников, занимающихся разработкой 

и применением методов и средств контроля механических параметров 
двигателей вращательного действия и приводов на их основе. 

УДК 681.2 
ББК 34.445 

 

ISBN 978-5-8158-2202-3 
 Егоров А. В., Спиридонов А. А., 2020 
 Поволжский государственный  
технологический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 
ПРЕДИСЛОВИЕ ........................................................................................... 5 
 
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 7 
 
1. НОРМАТИВНЫЕ, ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ  
И ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДИНАМИЧЕСКОГО 
КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ 
ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ И ПРИВОДОВ  
НА ИХ ОСНОВЕ .......................................................................................... 9 
 
2. ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ 
МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО 
СГОРАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ...................................... 14 

2.1. Развитие методов контроля механических параметров  
поршневых и комбинированных двигателей внутреннего  
сгорания ................................................................................................ 14 
2.2. Момент инерции кривошипно-шатунного механизма  
рядных поршневых двигателей внутреннего сгорания .................... 15 
2.3 Момент инерции кривошипно-шатунного механизма  
V-образных поршневых двигателей внутреннего сгорания ............ 25 
2.4. Стендовый динамический метод контроля механических  
параметров поршневых и комбинированных двигателей  
внутреннего сгорания .......................................................................... 31 
2.5. Бездемонтажный динамический метод контроля  
механических параметров поршневых и комбинированных  
двигателей внутреннего сгорания ...................................................... 33 

 
3. ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ 
ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ  
ДВИГАТЕЛЕЙ И ИХ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ............................ 41 

3.1 Энергетический баланс в асинхронных электрических  
двигателях ............................................................................................ 41 
3.2. Динамический метод контроля механических параметров  
асинхронных электрических двигателей ........................................... 43 
3.3 Момент инерции подшипников трения-качения ........................ 46 

4. ДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ 
ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ  
ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ............................................................. 50 

4.1. Динамический метод контроля механических параметров  
зубчатых передач вращательного действия ...................................... 50 
4.2. Динамический метод контроля механических параметров  
ременных передач вращательного действия ..................................... 59 
4.3. Динамический метод контроля механических параметров  
цепных передач на базе асинхронных электрических  
двигателей ............................................................................................ 69 
4.4. Динамический метод контроля механических параметров  
червячных передач вращательного действия .................................... 80 

 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................... 90 
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .......................................................................... 92 
 
ПРИЛОЖЕНИЯ  ......................................................................................... 97 
 
ОБ АВТОРАХ ЭТОЙ КНИГИ ................................................................ 128 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Двигателестроение  одна из наиболее высокотехнологичных от
раслей отечественной промышленности, оказывающая непосредственное влияние на конкурентоспособность целого ряда ключевых 
секторов промышленности. Россия является крупным производителем двигателей во всех сферах, обладая полным циклом их создания, 
включая собственные технологии, конструктивные материалы, программное обеспечение, микроэлектронику и многое другое.  

Осуществляя широкое импортозамещение, особенно с разрывом 

кооперационных связей после украинских событий 2014 года, эта 
отрасль становится одним из важных драйверов, который дает 
нашей экономике возможность по многим направлениям выйти на 
высокий уровень. Успешным примером в области отечественного 
двигателестроения является реализация проекта по созданию базового двигателя с высокой степенью двухконтурности ПД-14. Ракетные двигатели по-прежнему пользуются большим спросом на международном рынке. Появились отечественные новинки в судостроении. 

Вместе с тем очевидно, что производство двигателей  это 

наукоемкая и технически сложная задача, выполнение которой в 
условиях жесточайшей конкуренции, в том числе недобросовестной, 
является успешным при непрерывном поиске новых решений и их 
внедрении. В настоящее время только в патентный портфель Объединенной двигателестроительной корпорации входит более 2500 
технических новаций, большинство из которых являются изобретениями, соответствующими мировым критериям новизны и промышленной применимости. 

Надо отметить, что важнейший вопрос для двигателестроения за
ключается в обеспечении максимальной эффективности работы двигателей, причем во всем диапазоне режимов работы. На стационарных режимах работы эта задача в целом решена. Однако работа стационарных и мобильных объектов машиностроения связана, как 
правило, с наличием значительной доли переходных режимов работы. В связи с ограниченным на настоящий момент уровнем развития 

методов и средств исследования параметров работы двигателей 
обеспечение максимальной их эффективности в этих режимах носит 
проблемный характер. 

В данной монографии этот вопрос проработан и содержит один 

из возможных вариантов решения, который реализован на основе 
вновь разработанных динамических методов и средств контроля механических параметров двигателей и приводов вращательного действия. 

Полагаю, что реализация результатов исследования станет еще 

одним вкладом в дальнейшее развитие двигателестроения и будет 
способствовать повышению конкурентоспособности отраслей отечественного машиностроения. 

 

В. В. Гутенев, 

первый заместитель председателя Общероссийской 
общественной организации «Союз машиностроителей 
России», доктор технических наук, лауреат Государственной и правительственных премий 

 

ВВЕДЕНИЕ 

 
Работы в области использования меры инерционности тел вра
щения в качестве исследуемой величины при проведении исследований механических параметров двигателей вращательного действия ведутся начиная с 60-х годов XX века, причем преимущественно специалистами в области эксплуатации автотракторных 
двигателей внутреннего сгорания.  

Узость области научного поиска была обусловлена потребно
стями экономики, выражающимися в необходимости разработки 
дешевых и относительно точных средств определения эксплуатационных показателей колесной и гусеничной техники непосредственно в местах эксплуатации. Одни из первых работ были выполнены отечественными исследователями, представляющими 
научную школу МВТУ им. Н. Э. Баумана  О. Б. Леоновым, 
А. Я. Шкарупило, 
Ю. А. Соколовым, 
Н. Н. Патрахальцевым, 

Н. А. Солдатовым и другими учеными. 

Однако при этом, с одной стороны, не была решена основная за
дача определения приведенного к оси вращения коленчатого вала 
момента инерции вращающихся масс двигателя внутреннего сгорания, находящегося в конкретном, но не определенном техническом 
состоянии. С другой стороны, проникновение полупроводниковых 
приборов, позволяющих осуществлять высокочастотное считывание 
информации с датчиков, в сферу измерительной техники только 
начиналось.  

Дальнейшее развитие полупроводниковой техники позволило ре
шить задачу высокочастотного считывания информации с датчиков, 
однако приходится констатировать, что основная задача вплоть до 
2008 года так и не была решена. 

В предлагаемой вниманию читателей монографии представлены 

нормативные правовые основы разработки и применения новых 
средств измерений, а также научно-техническое обоснование разработанных динамических методов и средств контроля механических 
параметров двигателей вращательного действия, механических передач и приводов на их основе.  

В качестве контролируемой величины при использовании динами
ческих методов контроля выступают приведенный к оси вращения 
приводного двигателя вращательного действия момент инерции вращающихся масс с учетом точности изготовления деталей, качества 
сборки двигателя, теплового режима, действующих сил трения и пр.  

Приведенный момент инерции двигателя вращательного дей
ствия определяется путем замера массивов угловых ускорений вала 
отбора мощности двигателя при работе двигателя по внешней скоростной характеристике без и с установленным на вале отбора мощности теле известного момента инерции. 

Монография посвящена решению научной проблемы развития 

приборов и методов контроля механических параметров двигателей 
и приводов вращательного действия. 

Научная значимость решения обозначенной проблемы определя
ется ограниченным уровнем развития приборов и методов контроля 
механических параметров двигателей и приводов вращательного 
действия, низкой точностью получаемых результатов измерений, 
сложностью аппаратно-программных решений, высокой трудоемкостью и высокой стоимостью контроля механических параметров, 
связанных, как правило, с необходимостью демонтажа двигателя 
или привода с рабочего места и последующего монтажа на специализированный испытательный стенд. 

Актуальность решения обозначенной проблемы определяется 

значительной потребностью эксплуатантов двигателей и приводов 
вращательного действия в средствах контроля механических параметров, которые позволяли бы осуществлять операции контроля 
непосредственно на рабочем месте. 

Достигнутый уровень развития науки, техники и технологии пока
зывает, что известные и развиваемые на сегодняшний день методы и 
приборы контроля механических параметров двигателей и приводов 
вращательного действия осуществляются преимущественно только 
после их демонтажа с рабочего места на специализированных стендах.  

Научная новизна представленных в монографии результатов со
стоит в разработке и обосновании новых динамических методов и 
средств контроля механических параметров двигателей и приводов 
вращательного действия без их демонтажа с рабочего места. 

1. НОРМАТИВНЫЕ, ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ 

И ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ 

ДИНАМИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ 
ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВРАЩАТЕЛЬНОГО 

ДЕЙСТВИЯ И ПРИВОДОВ НА ИХ ОСНОВЕ

 
На сегодняшний день на законодательном уровне обеспечение 

единства измерений обусловливается действием Федерального закона № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» в редакции от 
13.07.2015 г., согласно которому [1]: 

 устанавливаются правовые основы обеспечения единства из
мерений в Российской Федерации; 

 обеспечивается защита прав и законных интересов граждан, 

общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений; 

 обеспечиваются потребности граждан, общества и государства 

в получении объективных, достоверных и сопоставимых результатов 
измерений, используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан, охраны окружающей среды, животного и растительного мира, 
обеспечение обороны и безопасности государства, в том числе экономической безопасности; 

 содействие развитию экономики Российской Федерации и 

научно-техническому прогрессу. 

Стратегия обеспечения единства измерений в Российской Феде
рации является одним из приоритетов деятельности Правительства 
Российской Федерации [2].  

Стратегия обеспечения единства измерений в Российской Феде
рации до 2025 года (далее - Стратегия) является документом стратегического планирования, содержащим систему долгосрочных приоритетов, целей и задач развития системы обеспечения единства измерений. 

Развитие экономики промышленно развитых стран, к которым 

относится Российская Федерация, невозможно без повышения эффективности производства и производительности труда. Основным 

направлением для обеспечения этих факторов является переход к 
инновационной экономике, основанной на развитии науки и широком внедрении ее достижений в производство. Современная наука и 
производство насыщены средствами измерений, показатели точности которых характеризуют уровень развития науки и производства. 
То же можно сказать о таких высокотехнологичных видах деятельности, как транспорт, энергетика, медицина, сфера обеспечения обороноспособности и безопасности государства. 

При этом задачи обеспечения широкой производственной коопе
рации, оценки соответствия параметров высокотехнологичной продукции на всех стадиях жизненного цикла требуют обеспечения 
единства измерений, в том числе в международном масштабе. 

Таким образом, развитие системы обеспечения единства измере
ний направлено на достижение устойчивого и сбалансированного 
социально-экономического развития и обеспечение обороноспособности и национальной безопасности Российской Федерации, а также 
в соответствии с Договором о Евразийском экономическом союзе от 
29 мая 2014 г. на решение стоящих перед государствами-членами 
Евразийского экономического союза общих задач по устойчивому 
экономическому развитию, всесторонней модернизации и усилению 
конкурентоспособности национальных экономик в рамках глобальной экономики. 

Достижение указанных целей в части развития системы обеспе
чения единства измерений осуществляется путем повышения точности, объективности, достоверности и сопоставимости результатов 
измерений, применяемых в различных отраслях экономики и государственного управления. 

В основу разработки Стратегии положена концепция, заключа
ющаяся в том, что система обеспечения единства измерений является элементом государственной инфраструктуры, без которого производство материальных благ невозможно. 

Система обеспечения единства измерений аналогична таким эле
ментам инфраструктуры экономики, как, например, транспорт, электроэнергетика, связь, которые необходимы для производства промышленной продукции, товарообмена, а также при реализации та

ких государственных функций, как налогообложение, оборона и 
безопасность. 

При этом в соответствии со статьей 1 Федерального закона «Об 

обеспечении единства измерений» сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений распространяется на измерения, выполняемые при осуществлении многих видов деятельности, относящихся к инфраструктурным элементам экономики. 

Опыт стран  лидеров в области промышленного развития пока
зывает, что высокий уровень развития экономики может быть достигнут только путем внедрения в важнейшие сферы деятельности 
государства передовых технологий, основанных на современных 
достижениях науки, техники, информатизации, неотъемлемой частью которых являются точные измерения. В настоящее время нет 
ни одной высокотехнологичной и наукоемкой сферы деятельности, 
где не использовались бы результаты высокоточных измерений. 

В связи с этим современная развитая система обеспечения един
ства измерений необходима для реализации стратегической цели 
социально-экономического развития Российской Федерации  достижения уровня экономического и социального развития, соответствующего статусу России как ведущей мировой державы XXI века, 
занимающей передовые позиции в глобальной экономической конкуренции и надежно обеспечивающей обороноспособность и национальную безопасность государства, а также реализацию конституционных прав граждан. 

Сфера влияния системы обеспечения единства измерений распро
страняется на достижение таких целевых ориентиров долгосрочного 
социально-экономического развития, как экономика лидерства и инноваций, экономика, конкурентоспособная на мировом уровне, безопасность граждан и общества, взаимодействие государства, частного 
бизнеса и общества как субъектов инновационного развития. 

В Стратегии представлена общая характеристика системы обес
печения единства измерений и ее место в экономике страны. Проведена оценка состояния системы обеспечения единства измерений и 
определены ее основные системные проблемы. В соответствии с 
предложенной концепцией сформулирована цель Стратегии. 

Проведен анализ задач и приоритетов в области развития эконо
мики и обеспечения обороноспособности и безопасности Российской Федерации, решение которых невозможно без развития системы обеспечения единства измерений. По результатам анализа сформулированы приоритеты и задачи развития системы обеспечения 
единства измерений в Российской Федерации до 2025 года. 

Для мониторинга реализации Стратегии установлены 4 группы 

целевых показателей, характеризующих состояние системы обеспечения единства измерений, уровень ее развития.  

Первая группа показателей характеризует степень удовлетворен
ности граждан, экономики и государства уровнем развития и функционирования системы обеспечения единства измерений.  

Вторая группа показателей свидетельствует об общем уровне 

развития системы обеспечения единства измерений.  

Третья группа показателей характеризует решение важнейшей 

системной проблемы  импортозамещения в области эталонной базы 
и средств измерений.  

Четвертая группа показателей позволяет судить об уровне разви
тия системы обеспечения единства измерений в области обороны и 
безопасности государства. 

С целью реализации стратегии утвержден план мероприятий по 

реализации Стратегии обеспечения единства измерений в Российской Федерации до 2025 года [3]. 

Согласно плану [3], министерством промышленности и торговли 

Российской Федерации осуществляется регулярный мониторинг и 
выполнен прогноз потребностей экономики и общества в измерениях [4], согласно которому развитие системы обеспечения единства 
измерений в интересах экономики и общества должно основываться 
на достоверных знаниях потребностей государства, бизнеса и общества в измерениях.  

В качестве исходных данных прогноза потребностей экономики 

и общества в измерениях в период до 2025 года использованы:  

- результаты опроса федеральных органов исполнительной вла
сти, предприятий и организаций промышленности, государственных